金属卤化物负载多孔二乙烯基苯/马来酸酐基聚合物材料——新型高容量氨吸附剂的创制与应用

针对工业及农业环境中氨气(NH3)污染治理难题，3M公司团队开发了金属卤化物(ZnCl2/CuCl2等)负载多孔DVB/MA基聚合物新型吸附剂。通过调控羧酸基密度与介孔结构，实现7.0 mmol/g超高氨吸附容量，较传统活性炭提升近一倍，且具备吸附变色示警功能，为工业废气处理与个人防护提供了创新解决方案。

　　

氨气(NH₃)作为PM_2.5前体物和强腐蚀性气体，每年1.5亿吨的工业使用量使其成为重大环境健康威胁。传统活性炭因微孔结构限制(孔径<2 nm)和低化学活性，氨吸附容量仅3-4 mmol/g，且存在酸浸出风险。3M公司的Michael Scott Wendland团队创新性地采用二乙烯基苯/马来酸酐(DVB/MA)共聚物为载体，通过精准调控介孔结构(2-50 nm)与羧酸基密度，成功开发出变色示警型超高容量氨吸附剂。

研究采用沉淀聚合法制备多孔DVB/MA聚合物，经水解后负载ZnCl₂等金属卤化物。通过Ar吸附分析、STEM-EDS元素映射等技术表征材料结构，结合动态吸附测试评估性能。

【Materials and Synthesis】
80%工业级DVB与MA在溶剂体系中沉淀聚合，通过调节单体比例(MA 10-50 mol%)和固含量(10-30%)控制孔径分布，水解后获得羧酸功能化载体。

【Results and Discussion】

1. 结构优化：20% MA含量时材料比表面积达580 m²/g，介孔占比超60%，为ZnCl₂均匀分散提供理想载体；
2. 性能突破：羧酸基密度0.8 mmol/g时，ZnCl₂负载样品氨容量达7.0 mmol/g，较文献值提升90%；
3. 机制解析：STEM-EDS证实Zn²⁺与羧酸基配位形成活性位点，XRD显示Zn(NH₃)₂Cl₂络合物生成；
4. 实用创新：吸附后材料由白变蓝，实现可视化寿命监测。

【Conclusion】
该研究开创了聚合物基氨吸附材料新范式，通过"介孔限域+定向配位"双重策略，突破传统材料瓶颈。其7.0 mmol/g的吸附容量刷新行业记录，变色特性更填补了现场监测技术空白，为工业尾气净化与应急防护装备升级提供关键技术支撑。相关成果已获美国专利(US 10,400,050)，展现出显著的商业化前景。