一种共价有机框架及其合成方法以及在铀吸附领域的应用技术

本发明专利技术公开了一种共价有机框架及其合成方法以及在铀吸附领域的应用；本发明专利技术基于对铀酰离子有强吸附作用的2,3

【技术实现步骤摘要】
一种共价有机框架及其合成方法以及在铀吸附领域的应用


[0001]本专利技术涉及多孔有机晶态材料
，具体涉及一种新型二维共价有机框架材料及其制备方法，以及在铀吸附方面的应用。

技术介绍

[0002]随着社会的进步，和平与发展逐渐成为当今世界的主题，而能源是制约一个国家经济发展与科技进步的焦点。传统的化石染料不仅受到储量和采集手段的限制，而且使用时会造成严重的环境污染。与之相比，核能几乎不排放温室气体和污染物，而且能量密度极大，是备受关注的新能源之一。铀
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235纯度大于80％的成为高浓度铀，纯度大于90％的被称为武器级高浓度铀，主要作用于制造核武器，而纯度只有3％的低浓度铀可用做核电站发电。铀资源已被国际社会视为一种能够帮助实现可持续发展目标的清洁燃料，安全高效的发展和利用核能已经逐渐成为国际社会的共识。然而，铀矿山、铀冶炼厂、核电站等设施每年会产生大量的含铀放射性废水，这些废水会对自然环境和人类身体健康带来严重的危害。因此，现阶段如何处理放射性废水是一个非常重要的问题。
[0003]含铀废水的处理方法大致可分为三种，分别是物理方法，化学方法与生物方法。物理方法主要包括：溶剂的萃取与蒸发浓缩、吸附法、离子交换法和膜分离法；化学方法主要包括：氧化还原法、络合沉淀法、电化学法等；生物方法主要包括：微生物吸附和植物修复等。其中，吸附法因具有操作便捷、经济高效、节能环保、处理效率高等优点，被认为是目前最有前景的处理含铀废水的方法之一。
[0004]共价有机框架(COFs)是一类新兴的结晶多孔材料，由于其极高的孔隙率和结晶度，被认为是铀吸附的理想材料，但是普通的COF不会对铀有很强的吸附性能，需要合理的设计功能基团在COF规则的孔道内，从而达到对铀的高选择性和高含量吸附。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种共价有机框架及其制备方法，以及在捕获铀离子方面的应用。本专利技术通过合理的设计，将对铀有吸附效果的2,3
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二羟基功能基团锚定在COFs材料规则的孔道中，用二配位的2,3
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羟基对苯二甲醛(CAS：24677
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9)分别和三配位的氨配体或六配位的氨配体反应，合成了一种具有高结晶度的COFs材料，该材料通过吸附作用，可以达到对铀的高吸附容量。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种共价有机框架，由二醛配体和氨配体经缩合反应构建而成；
[0008]所述的二醛配体如式(1)所示；所述的氨配体为式(2a)所示的三配位氨配体或式(2b)所示的六配位氨配体；
[0009][0010]式(2a)或(2b)中，X代表N、B或P。
[0011]式(1)所示的二醛配体和式(2a)所示的三配位氨配体或式(2b)所示的六配位氨配体合成的COFs材料的结构单元分别如式(3a)或式(3b)所示：
[0012][0013]式(3a)或(3b)中，X代表N、B或P。
[0014]本专利技术所述的共价有机框架的制备方法为：
[0015]将二醛配体、氨配体、溶剂和催化剂混合，通过冷冻
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解冻循环脱气的方法，抽真空三次，并超声处理20min，接着在室温～200℃下反应1～3天，之后经后处理，得到所述的共价有机框架；
[0016]所述的二醛配体如式(1)所示；所述的氨配体为式(2a)所示的三配位氨配体或式(2b)所示的六配位氨配体；二醛配体与三配位氨配体的摩尔比为1～2：1；二醛配体与六配位氨配体的摩尔比为4～6：1；
[0017]所述的溶剂为邻二氯苯和正丁醇体积比1～3：1的混合溶剂；二醛配体和氨配体的总质量与混合溶剂的体积之比为20～50mg：1mL；
[0018]所述的催化剂为6M醋酸，6M醋酸与混合溶剂的体积比在1：5～20；
[0019]所述后处理的方法为：反应结束后，冷却至室温，过滤得到固体产物，分别用N,N
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二甲基甲酰胺和丙酮在5000rpm离心洗涤三次，之后在四氢呋喃和丙酮中分别索提三天，80℃真空干燥24h，得到共价有机框架。
[0020]本专利技术还涉及所述的共价有机框架在铀吸附领域的应用。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术以2,3
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二羟基对苯二甲醛作为基本的功能基元和构建模块，将其与三位点或者六位点的氨配体进行缩合，制备得到了一种亚胺键连接的COFs材料。本专利技术制备的COF具有较高的结晶度和规整的孔结构，同时孔道中分布有大量的邻位羟基基团，这些邻位羟基基团作为功能性的基团，在选择性吸附，光催化等方面都有所作用。尤其是，本专利技术中制备的COFs材料在铀吸附方面有着出色的性能，是一种高效的铀吸附剂。
附图说明
[0023]图1是COF
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3N的合成路线以及结构示意图；COF
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3N具有均匀的六边形孔道。
[0024]图2是COF
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3N的粉末X
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射线衍射实验图谱以及精修图谱；证明其较高的结晶度，以及与对应模拟的拓扑结构吻合度较高。
[0025]图3是COF
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3N的红外光谱图，通过COF
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3N的红外谱图和对应配体的红外谱图对比，氨基官能团和醛基官能团的消失或减弱，以及谱图中C＝N键的形成，可以佐证COF的成功合成；
[0026]图4是COF
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3N的热重量分析图谱；可以看出COF
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3N热稳定性较好，在400℃之前基本没有重量损失。
[0027]图5是COF
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3N的氮气等温吸附脱附曲线以及孔径分布图，表明COF
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3N具有较高的比表面积，计算所得孔径与模拟结构相吻合。
[0028]图6是COF
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3N的SEM图，可以看出其具有均匀的片状形貌；
[0029]图7是COF
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3N的TEM图，证明COF
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3N的片状结构。
[0030]图8是COF
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3N的三维结构示意图。
具体实施方式
[0031]下面通过具体实施例进一步描述本专利技术，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。
[0032]实施例1
[0033](1)COF
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3N的合成
[0034]取12mg三(4
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氨基苯基)胺配体和10mg 2,3
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二羟基对苯二甲醛配体溶解在Pyrex管(10ml)中，加入比例为3:1的邻二氯苯和正丁醇混合溶剂1.5ml，混合均匀后加入150μL的6M乙酸作为催化剂；通过三次冷冻
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解冻循环脱气的方法抽真空三次；超声20min之后，转移Pyrex管至烘箱，120℃加热3天；加热完成之后过滤得到固体产物，并分别用N,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共价有机框架，其特征在于，所述的共价有机框架由二醛配体和氨配体经缩合反应构建而成；所述的二醛配体如式(1)所示；所述的氨配体为式(2a)所示的三配位氨配体或式(2b)所示的六配位氨配体；式(2a)或(2b)中，X代表N、B或P。2.如权利要求1所述的共价有机框架，其特征在于，式(1)所示的二醛配体和式(2a)所示的三配位氨配体或式(2b)所示的六配位氨配体合成的COFs材料的结构单元分别如式(3a)或式(3b)所示：式(3a)或(3b)中，X代表N、B或P。3.如权利要求1所述的共价有机框架的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：将二醛配体、氨配体、溶剂和催化剂混合，通过冷冻
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解冻循环脱气的方法，抽真空三次，并超声处理20min，接着在室温～200℃下反应1～3天，之后经后处理，得到所述的共价有机框架；所述的溶剂为邻二氯苯和正丁醇体积比1～3：1的混合溶剂；所述的催化剂为6M醋酸；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭永武，李嘉豪，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：