一种三维共价有机框架的制备方法及其吸附应用技术

本发明专利技术公开了一种三维共价有机框架的制备方法及其吸附应用，属于环境保护技术领域。本发明专利技术将四

【技术实现步骤摘要】
一种三维共价有机框架的制备方法及其吸附应用


[0001]本专利技术属于环境保护
，具体涉及一种三维共价有机框架的制备方法及其吸附应用。

技术介绍

[0002]核能是一种符合“碳中和”(无温室气体排放)概念的清洁能源(Chu,S.；Majumdar,A.,Opportunities and challenges for a sustainable energy future.Nature2012,488,294
‑
303)。铀是核工业中使用的主要燃料，世界上铀燃料的主要来源是陆地铀矿。然而，随着核能的快速发展，对铀的需求逐渐超过供应。此外，在核燃料生产、回收和加工过程中通常伴随产生含铀废水，其同位素具有高放射性和剧毒(Burdeinyi,D.；Kutnii,D.；Levenets,V.；Turkin,A.；Marks,N.；Lindvall,R.；Treinen,K.,Application of HRGS for forensic characterization of uranium oxides,pure uranium metals and uranium alloys.Appl.Radiat.Isot.2021,177,109910)。当含铀废水释放到自然环境中时，会对生态安全和人类健康构成潜在威胁。因此，从放射性废水中富集和去除铀，不仅是保护和循环利用铀资源的有效途径，也是环境修复的紧迫任务之一。
[0003]共价有机骨架(COF)作为一种由轻元素组成并通过强共价键连接的新型结晶多孔材料，有序框架、热/化学稳定性和可编程特性赋予了COF在解决铀提取领域长期存在的瓶颈问题的巨大潜力(Deng,L.；Ding,Z.；Ye,X.；Jiang,D.,Covalent organic frameworks:chemistry of pore interface and wall surface perturbation and impact on functions.Acc.Mater.Res.2022,3,879
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893)。目前，已开发了二维COF铀吸附剂(如，偕胺肟
‑
COF、磺酸
‑
COF)。然而，它们通常为分层和重叠的堆叠结构，难以弯曲和扭曲，使得吸附过程不灵活，降低了传质速率。此外，后修饰会进一步削弱其亲水性能，导致模板泄漏和吸附能力降低，从而限制了它们的进一步发展。
[0004]作为COF的一个不可替代的子类，三维COF具有高表面积、低密度和丰富的可访问活性位点，这些活性位点非常有利于离子吸附(Jin,F.；Lin,E.；Wang,T.；Geng,S.；Wang,T.；Liu,W.；Xiong,F.；Wang,Z.；Chen,Y.；Cheng,P.；Zhang,Z.,Bottom
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up synthesis of 8
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connected three
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dimensional covalent organic frameworks for highly efficient ethylene/ethane separation.J.Am.Chem.Soc.2022,144,5643
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5652)。与只有均匀一维通道的二维COF相比，三维COF具有更复杂的孔结构(如，互穿通道和交联纳米结构等)，有利于促进铀的扩散和传输。此外，构建简单灵活的三维COF还可减少吸附过程中的孔堵塞以及不可接近性等意外因素。然而，由于分子结构单元有限、原位合成困难和结构确定复杂，三维COF的设计、合成及应用极具挑战性(Li,H.；Chang,J.；Li,S.；Guan,X.；Li,D.；Li,C.；Tang,L.；Xue,M.；Yan,Y.；Valtchev,V.；Qiu,S.；Fang,Q.,Three
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dimensional tetrathiafulvalene
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based covalent organic frameworks for tunable electrical conductivity.J.Am.Chem.Soc.2019,141,13324
‑
13329)。因此，设计和合成具有超亲水性且无需后修饰的轻质三维COF有利于铀提取的新突破；然而，尚未见亲水性三维共价有机框
架用于高效捕获铀的报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种亲水性三维共价有机框架的制备方法及其吸附铀酰离子的应用。本专利技术以四
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(4
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苯胺基)
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甲烷和2,5
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二羟基对苯二甲醛为原料，通过席夫碱反应合成三维共价有机框架，该三维共价有机框架的酚羟基/亚胺N与铀之间的强配位作用使其对铀酰离子具有高选择性；其三维超亲水输运通道和多向均匀的孔结构有利于铀酰离子的高速扩散从而实现快速吸附；该三维共价有机框架为轻质结构，不仅增加了吸附位点的密度，且吸附过程灵活，从而增大了对铀酰离子的吸附容量。本专利技术三维共价有机框架亲水性好、对环境友好、制备方法简单，可实现对铀酰离子的选择性快速吸附，吸附容量大，具有良好的应用前景。
[0006]为实现上述目的，本专利技术具体采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种三维共价有机框架的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)以四
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(4
‑
苯胺基)
‑
甲烷和2,5
‑
二羟基对苯二甲醛为反应原料，向反应原料中加入邻二氯苯、N,N
‑
二甲基乙酰胺和乙酸溶液，超声处理后得到反应混合溶液；
[0009]2)将步骤1)所得反应混合溶液冷冻
‑
解冻循环脱气并火焰密封，100
‑
140℃条件加热2
‑
4天，结束后冷却过滤，所得沉淀物经洗涤、干燥即得三维共价有机框架。
[0010]进一步地，步骤1)所述四
‑
(4
‑
苯胺基)
‑
甲烷与2,5
‑
二羟基对苯二甲醛的摩尔比为1:(1
‑
4)。
[0011]进一步地，步骤1)所述邻二氯苯、N,N
‑
二甲基乙酰胺和乙酸溶液的体积比为1:(1
‑
10):(1
‑
10)；所述乙酸溶液的浓度为1
‑
10M。
[0012]本专利技术还提供了上述制备方法得到的三维共价有机框架在吸附铀酰离子中的应用。
[0013]进一步地，所述三维共价有机框架能够实现对铀酰离子的高效吸附，其最大吸附容量为1263.8mg/g。
[0014]进一步地，所述三维共价有机框架能够在含有多种干扰离子的混合液中选择性吸附铀酰离子；所述多种干扰离子包括Cu
2+
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维共价有机框架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以四
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(4
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苯胺基)
‑
甲烷和2,5
‑
二羟基对苯二甲醛为反应原料，向反应原料中加入邻二氯苯、N,N
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二甲基乙酰胺和乙酸溶液，超声处理后得到反应混合溶液；2)将步骤1)所得反应混合溶液冷冻
‑
解冻循环脱气并火焰密封，100
‑
140℃条件加热2
‑
4天，结束后冷却过滤，所得沉淀物经洗涤、干燥即得三维共价有机框架。2.根据权利要求1所述三维共价有机框架的制备方法，其特征在于，步骤1)所述四
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(4
‑
苯胺基)
‑
甲烷与2,5
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二羟基对苯二甲醛的摩尔比为1:(1
‑
4)。3.根据权利要求1所述三维共价有机框架的制备方法，其特征在于，步骤1)所述邻二氯苯、N,N
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二甲基乙酰胺和乙酸溶液的体积比为1:(1
‑
10):(1
‑
10)；所述乙酸溶液的浓度为1
‑
10M。...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱建丁，陈小娟，张程蓉，梁汝萍，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：