一种聚离子液体@金属有机骨架复合材料及其在去除制造技术

本发明专利技术提供了一种聚离子液体@金属有机骨架复合材料及其在去除

【技术实现步骤摘要】
一种聚离子液体@金属有机骨架复合材料及其在去除
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Tc核素中的应用


[0001]本专利技术涉及化学材料
，特别是涉及一种聚离子液体@金属有机骨架复合材料及其在去除
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Tc核素中的应用。

技术介绍

[0002]99
Tc是一种长寿命放射性元素核素自第一个核反应堆投入使用以来，已经产生了大约400吨的
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Tc，裂变产率高达6％，一般来说，在处理核废料时，大部分的
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Tc会被浇筑成水泥质的状态来固定，称为玻璃化。
[0003]考虑到在高温玻璃化过程中，Tc(VII)复合物的挥发性，在玻璃化之前去除核废料中的锝是十分关键的。这对材料在酸性、中性、碱性环境中的稳定性，吸附能力都有较高的要求。材料一旦不稳定，意味着可能会有更多的离子被释放到环境中。利用离子交换法去除水中的TcO4–
是一种较为常见且有利的选择，但阴离子交换吸附剂受尺寸和电荷密度影响存在容量较低、动力学较慢的局限性。因此，开发出能够快速、大量捕获或交换金属阴离子污染物的新材料具有深刻意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的去除TcO4–
的阴离子交换吸附剂存在局限性的问题，而提供一种聚离子液体@金属有机骨架复合材料。
[0005]本专利技术的另一个目的是提供所述聚离子液体@金属有机骨架复合材料在去除
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Tc核素中的应用。
[0006]为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：
[0007]一种聚离子液体@金属有机骨架复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，利用四氯化锆、苯甲酸和1,3,6,8
‑
四(4
‑
羧基苯)芘合成金属有机骨架材料，然后活化得到活化金属有机骨架材料；利用1
‑
乙烯基咪唑和1,2
‑
二溴乙烷合成离子液体；
[0009]步骤2，将步骤1得到的离子液体插入到步骤1得到的活化金属有机骨架材料孔径中，并通过引发剂使离子液体在所述孔径中发生聚合，得到聚离子液体@金属有机骨架复合材料。
[0010]在上述技术方案中，所述引发剂为偶氮二异丁腈。
[0011]在上述技术方案中，所述步骤1中，活化金属有机骨架材料通过以下方法制备：
[0012]步骤a，将四氯化锆和苯甲酸混合在N,N
‑
二甲基甲酰胺中并超声溶解，在75
‑
85℃条件下加热1
‑
1.5小时，冷却至室温后，加入1,3,6,8
‑
四(4
‑
羧基苯)芘，超声20
‑
30分钟，在115
‑
125℃条件下加热48
‑
50小时，冷却至室温后，过滤、洗涤得到金属有机骨架材料；优选的，步骤a中，所述四氯化锆、苯甲酸、1,3,6,8
‑
四(4
‑
羧基苯)芘三者质量比为(6～8):(260～280):(4～6)；
[0013]步骤b，将步骤a得到的金属有机骨架材料浸泡在N,N
‑
二甲基甲酰胺与盐酸的混合溶液中，于90
‑
100℃条件下加热24
‑
30小时，冷却至室温后，用N,N
‑
二甲基甲酰胺、丙酮洗涤，在丙酮中浸泡12
‑
15小时，过滤后在110
‑
120℃条件下真空干燥，得到活化金属有机骨架材料。
[0014]在上述技术方案中，所述步骤1中，离子液体通过以下方法制备：将1
‑
乙烯基咪唑和1,2
‑
二溴乙烷溶于甲醇或乙腈中，在50
‑
80℃、保护气体保护下搅拌48
‑
50小时，冷却后，将反应混合物从乙醚中析出，再由乙醚重结晶，真空干燥，得到离子液体；优选的，1
‑
乙烯基咪唑与1,2
‑
二溴乙烷的质量比为(1～1.2):1。
[0015]在上述技术方案中，聚离子液体@金属有机骨架复合材料通过以下方法制备：将离子液体溶于甲醇中，得到离子液体
‑
甲醇溶液，然后于真空条件下加入活化金属有机骨架材料，搅拌24
‑
30小时，再于保护气体的保护下，分次加入偶氮二异丁腈，反应48
‑
50小时，反应结束后，抽滤、洗涤，得到聚离子液体@金属有机骨架复合材料。
[0016]在上述技术方案中，所述离子液体
‑
甲醇溶液中，离子液体的浓度为0.25～0.30mol/L；所述金属有机骨架材料与所述离子液体
‑
甲醇溶液的固液比约为(19～21)：1。
[0017]本专利技术的另一方面，所述制备方法制备得到的聚离子液体@金属有机骨架复合材料。
[0018]本专利技术的另一方面，所述的聚离子液体@金属有机骨架复合材料在去除
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Tc核素中的应用。
[0019]在上述技术方案中，将10毫克所述聚离子液体@金属有机骨架复合材料放入5毫升含25～3000ppm TcO4–
的中性水溶液中，以600r/min的转速，搅拌2小时后，饱和吸附容量为190
±
8mg/g。
[0020]在上述技术方案中，将10毫克所述聚离子液体@金属有机骨架复合材料放入5毫升含50ppm TcO4–
的中性水溶液中，以600r/min的转速，搅拌2分钟后，96％的TcO4–
均能被捕获。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]1.本专利技术的聚离子液体@金属有机骨架复合材料制备方法简单，TcO4–
捕获效果好，将所述聚离子液体@金属有机骨架复合材料放入含TcO4–
的水溶液中搅拌2分钟后，96％的所述TcO4–
均能被捕获，吸附速率快且吸附容量高。
[0023]2.该金属有机骨架材料本身具有一定的酸性稳定性、较高的比表面积，这使得复合材料具有优异的性质，饱和吸附容量可达到190
±
8mg/g(Tc)，较快的吸附动力学(约2分钟)。本专利技术的优势在于相比金属有机骨架材料吸附TcO4–
，聚离子液体@金属有机骨架复合材料具有更高的吸附容量和更快的吸附动力学，同时在酸性环境下具有较好的稳定性。
附图说明
[0024]图1所示为金属有机骨架材料的结构示意图。
[0025]图2是离子液体结构式。
[0026]图3是离子液体核磁谱图。
[0027]图4是金属有机骨架材料与聚离子液体@金属有机骨架材料的比表面积。
[0028]图5是金属有机骨架材料与聚离子液体@金属有机骨架材料的孔径分布。
[0029]图6是聚离子液体@金属有机骨架复合材料在不同pH值下浸泡12小时后的PXRD谱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚离子液体@金属有机骨架复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，利用四氯化锆、苯甲酸和1,3,6,8
‑
四(4
‑
羧基苯)芘合成金属有机骨架材料，然后活化得到活化金属有机骨架材料；利用1
‑
乙烯基咪唑和1,2
‑
二溴乙烷合成离子液体；步骤2，将步骤1得到的离子液体插入到步骤1得到的活化金属有机骨架材料孔径中，并通过引发剂使离子液体在所述孔径中发生聚合，得到聚离子液体@金属有机骨架复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，活化金属有机骨架材料通过以下方法制备：步骤a，将四氯化锆和苯甲酸混合在N,N
‑
二甲基甲酰胺中并超声溶解，在75
‑
85℃条件下加热1
‑
1.5小时，冷却至室温后，加入1,3,6,8
‑
四(4
‑
羧基苯)芘，超声20
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30分钟，在115
‑
125℃条件下加热48
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50小时，冷却至室温后，过滤、洗涤得到金属有机骨架材料；优选的，步骤a中，所述四氯化锆、苯甲酸、1,3,6,8
‑
四(4
‑
羧基苯)芘三者质量比为(6～8):(260～280):(4～6)；步骤b，将步骤a得到的金属有机骨架材料浸泡在N,N
‑
二甲基甲酰胺与盐酸的混合溶液中，于90
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100℃条件下加热24
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30小时，冷却至室温后，用N,N
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二甲基甲酰胺、丙酮洗涤，在丙酮中浸泡12
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15小时，过滤后在110
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120℃条件下真空干燥，得到活化金属有机骨架材料。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李程鹏，李海若，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：