二维共价有机框架材料作为潮湿空气中Rn捕获材料的应用制造技术

本发明专利技术公开了一系列二维共价有机框架材料作为潮湿空气中Rn捕获材料的应用。所述二维共价有机框架材料为：linker108_C_linker87_C_kgm、linker108_C_linker93_C_bex、linker108_C_linker16_C_kgm、linker99_C_linker89_C_kgm和linker108_C_linker81_C_kgm。由于二维COFs具有相对较低的成本和高水稳定性，因此可作为Rn捕获的实用候选材料。其中linker108_C_linker87_C_kgm捕获性能最好。本发明专利技术提供的COFs具有相对较低的成本和它们的高水稳定性，可作为Rn捕获的实用候选材料。可作为Rn捕获的实用候选材料。可作为Rn捕获的实用候选材料。

【技术实现步骤摘要】
二维共价有机框架材料作为潮湿空气中Rn捕获材料的应用


[0001]本专利技术属于Rn捕获材料领域，涉及一系列二维共价有机框架材料作为潮湿空气中Rn捕获材料的应用。

技术介绍

[0002]氡(
222
Rn)是一种无色、无臭、无味的天然放射性惰性气体，从土壤和岩石中发散出来，集中沉积于地下室、矿山、房屋建筑物等封闭的空间。
222
Rn及其天然同位素
220
Rn和
219
Rn是镭衰变的产物，镭源自三个原始衰变系列
238
U、
232
Th和
235
U的衰变链。氡及其子体是自然辐射对公众的最大剂量贡献者，氡通过释放α粒子进行放射性衰变，其衰变子体polonium
‑
218和polonium
‑
214，也通过释放α粒子衰变。当吸入时，氡几乎全部被呼出，但是其固体衰变子体倾向于迁移沉积到肺部上皮细胞，使其暴露在α照射中，是导致肺癌的第二大病因，仅次于吸烟。氡暴露和肺癌的流行病学关系的相关研究受到广泛关注，也引起了对空气中氡去除的广泛关注。
[0003]采用通风系统去除氡是一种有效的控制措施，但是存在着价格昂贵、压差难以控制甚至导致氡浓度增加的问题。另一种吸附方法是使用固体吸附剂，比如活性炭与沸石。在20世纪初，卢瑟福实验室最早使用活性炭来吸附氡，Boyle等人使用碳罐装置吸附空气中的氡。1990年，Nagarajan等人使用活性炭罐监测空气中的氡含量。Hui Yang等人介绍了一种微波脱附再生吸附氡的活性炭的方法。但是，活性炭存在着易受温度及湿度影响和再生能力差等问题。天然的沸石对降低氡浓度有一定的效果，一种银交换沸石对氡的滞留能力降低，更容易恢复再生能力。但是，沸石材料由于孔道的可设计性不强，对氡的吸附量相对还是较少。并且，由于氡暴露对人体的危害，会限制使用吸附剂直接吸附氡的进一步研究。
[0004]近年来，Covalent organic frameworks共价有机框架(COFs)作为一种新型多孔材料在气体分离吸附中作为吸附剂受到国内外广泛关注。COFs是有机连接体通过可逆共价键形成的多孔晶体网络，由于有机结构单元连接方式不同分为二维(2D)和三维(3D)COFs，具有低密度、永久孔隙率、结构和孔径可调、比表面积大、良好的化学稳定性和热稳定性等优点。COFs基于其结构性质上的特点，已广泛应用于光电、催化、质子传导、传感、气体储存和吸附等方面。相对于3D COFs，2D COFs作为一种层状材料，有序排列的周期性骨架和固有的多边形孔连接形成致密的一维孔道。除此之外，该有着均匀的小窗口、无交叉点或窄连接点的一维开放通道可以避免不利路径阻塞和孔隙阻塞，对于构建良好孔隙、离散孔径、具有多边形形状的多孔材料更容易实现。以往的研究表明，2D COFs是一种很好的碘蒸汽吸附材料，但是其对氡气的分离吸附性能并未被报道过。而且从大量的结构数据库中寻找在潮湿空气中具有高Rn捕获效率的优秀候选材料仍然是一个巨大的挑战。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术利用巨正则蒙特卡罗(GCMC)模拟计算了6841种2D COFs在氡选择性吸附中的性能，筛选出了5种适合在湿润空气中选择性吸附氡的
2D COF材料进行分析，以探索COFs对氡的吸附性能。在研究了这五种候选材料的结合点的空间分布后，linker108(1,3,6,8
‑
tetrabromopyrene)显示出更好的吸附性能。并进一步在不同压力、相对湿度和Rn摩尔分数下进行了三轮性能比较，发现linker108_C_linker87_C_kgm(由1,3,6,8
‑
tetrabromopyrene、1,4
‑
dibromobenzene和kgm拓扑网络构成)捕获性能最好。因为，在所有测试条件下，它比其他候选材料具有最大的Rn吸附能力，而且在大多数情况下也具有出色的Rn选择性。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一系列二维共价有机框架材料作为潮湿空气中Rn捕获材料的应用，所述的二维共价有机框架材料为：linker108_C_linker87_C_kgm、linker108_C_linker93_C_bex、linker108_C_linker16_C_kgm、linker99_C_linker89_C_kgm和linker108_C_linker81_C_kgm。
[0008]上述技术方案中，进一步地，在298K和1bar的潮湿空气中、相对湿度RH＝0
‑
1.0条件下，采用linker108_C_linker87_C_kgm，linker108_C_linker93_C_bex，linker108_C_linker16_C_kgm，linker99_C_linker89_C_kgm或linker108_C_linker81_C_kgm中的任意一种材料进行Rn的捕获。
[0009]更进一步地，在298K和1bar的潮湿空气中、相对湿度RH＝0
‑
1.0条件下，采用捕获性能最好的linker108_C_linker87_C_kgm进行Rn的捕获。
[0010]本专利技术的有益效果为：
[0011]本专利技术基于高通量计算筛选得到一系列可用于潮湿空气中Rn捕获的二维共价有机框架材料，并且给出不同条件下对应的Rn捕获性能最好的材料种类，能够有效解决潮湿空气中氡去除的问题。由于二维COFs具有相对较低的成本和高水稳定性，因此可作为Rn捕获的实用候选材料。
附图说明
[0012]图1(a)COF的氮选择性、(b)COF氧选择性、(c)COF的水选择性和(d)COF氡吸附、选择性和APS值的散点图。潮湿空气(混合气体Rn/N2/O2/H2O摩尔比为0.001/0.776/0.09/0.014，水蒸气含量为环境温度(298K)和1bar下的50％相对湿度含量。
[0013]图2(a)linker108_C_linker87_C_kgm(由1,3,6,8
‑
tetrabromopyrene、1,4
‑
dibromobenzene和kgm拓扑网络构成)，(b)linker108_C_linker93_C_bex(由1,3,6,8
‑
tetrabromopyrene、tris(4
‑
bromophenyl)amine和bex拓扑网络构成)，(c)linker108_C_linker16_C_kgm(由1,3,6,8
‑
tetrabromopyrene、4,4
’‑
dibromo
‑
[1,1
’‑
biphenyl]‑
2,2
’‑
diamine和kgm拓扑网络构成)，(d)linker99_C_li本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.二维共价有机框架材料作为潮湿空气中Rn捕获材料的应用，其特征在于，所述二维共价有机框架材料为：linker108_C_linker87_C_kgm、linker108_C_linker93_C_bex、linker108_C_linker16_C_kgm、linker99_C_linker89_C_kgm和linker108_C_linker81_C_kgm。2.根据权利要求1所述的二维共价有机框架材料作为潮湿空气中Rn捕获材料的应用，其特征在于，在298K和1bar的潮湿空气中、相对湿度RH＝0
‑
1.0条件下，采用lin...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨再兴，曾鸿雁，耿晓敏，刘胜堂，周如鸿，
申请(专利权)人：上海浙江大学高等研究院，
类型：发明
国别省市：