锆取代砷钨酸大环材料、制备方法及其在碘吸附中的应用技术

本发明专利技术涉及两例内部配体调控的Zr取代的大环砷钨酸盐，其化学式为[N(CH3)4]

【技术实现步骤摘要】
锆取代砷钨酸大环材料、制备方法及其在碘吸附中的应用


[0001]本专利技术属于多酸基碘吸附材料制备
，具体涉及两例锆取代砷钨酸大环材料、制备方法及其在碘吸附中的应用，并探究了其对放射性有害物质碘的吸附性能，实现了通过调整配体的种类来提高多酸基化合物的碘吸附性能的调控，可应用于放射性碘的去除和处理等环境领域。

技术介绍

[0002]随着世界各地对能源需求的增加，迫切需要探索清洁和安全的能源以减少温室气体排放和解决能源安全问题。基于此，正确合理地利用核能是非常重要的，因为它具有超高的能量密度和低的碳排放量。然而在使用核能的过程中，一些核废料特别是包括碘在内的放射性物质会不可避免地排放出来。因此，如何及时且有效地处置放射性废物对环境保护和人类健康具有重要意义。近年来，有效的碘捕获引起了研究界的广泛关注。通常地，消除放射性碘的方法很多，其中吸附法由于回收性能好、不存在二次污染等问题被认为是较好的选择，越来越受到科研人员的青睐。因此，寻找经济、高效、环境友好的新型碘吸附剂已逐渐成为研究热点。
[0003]通常地，大多数吸附剂是由金属有机框架（MOF）组成，基于多金属氧酸盐（POMs）的吸附剂很少报道。POMs是一类定义明确的和具有富氧表面的聚氧阴离子金属团簇，在磁性、电化学、催化、医学和光学材料等领域有着广泛的应用。特别地，空缺位的多酸拥有大量暴露的亲核氧原子位点以作为多齿无机配体，与过渡金属（TM）元素配位，从而形成丰富多样的多酸基化合物。因此，利用各种空缺的POMs前驱体作为二级构建单元来构建新颖的TM取代的化合物是切实可行的。虽然TM取代的POM基化合物已经得到了广泛的研究，但对TM构建的环状分子结构的研究仍然有限。环状分子是一类具有孔隙的化合物，通过溶液中金属节点和有机连接剂的自驱动组装而形成。由于其独特的结构，如离散的分子固体、封闭的循环空间和明确的尺寸，它们吸引了大量的关注。例如，它们在催化领域的应用和尺寸大小的差异使它们可以用于分离一些气体混合物和吸附一些有害物质。因此，环状POM基吸附剂是一个亟待拓展和研究的领域。
[0004]本专利技术围绕放射性碘的去除和处理的问题，开发出具有优异吸附能力的多酸基碘吸附剂。
[0005]在常规水溶液条件下，前驱体As2W
19
、有机配体均易于与Zr进行配位组装进而形成大环结构。化合物1和2的主要区别在于有机配体的不同。经实验验证可知，化合物1具有较好的碘吸附性能，在48 h后，其对碘的吸附达到平衡且去除效率为78.3%，而化合物2的吸附性能较差，这表明内部配体在调节碘的吸附行为中起着重要作用。值得注意的是，化合物1代表了第一个多酸基碘吸附剂，具有巨大的应用前景，为合成其它经济、高效、环境有好的新型多酸基碘吸附材料提供了新的研究思路。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于克服现有技术缺陷，提供一种锆取代砷钨酸大环材料，其是一种高效的多酸基碘吸附材料，并对其碘吸附能力进行了深入研究和评估，以实现使用不同的配体对多酸基碘吸附剂性能的有效调控，为制备高性能多酸基碘吸附材料并实现其实际应用奠定基础。
[0007]本专利技术还提供了上述锆取代砷钨酸大环材料的制备方法及其应用。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：锆取代砷钨酸大环材料，其为两例含Zr的多酸化合物，所述锆取代砷钨酸大环材料的分子式为 [N(CH3)4]36
H
12
[NaZr3(μ3‑
O)(lac)(H2O)4(B
‑
α
‑
AsW9O
33
)2]6·
196H2O （化合物1）和/或 [N(CH3)4]36
H
18
[NaZr3(μ3‑
O)(C2O4)(H2O)4(B
‑
α
‑
AsW9O
33
)2]6·
203H2O，（化合物2）其中，lac=乳酸。
[0009]上述锆取代砷钨酸大环材料的制备方法，当分子式为 [N(CH3)4]36
H
12
[NaZr3(μ3‑
O)(lac)(H2O)4(B
‑
α
‑
AsW9O
33
)2]6·
196H2O（化合物1）时，制备步骤如下：1）将ZrOCl2·
8H2O、Na2SO4溶于水，之后加入乳酸，搅拌混匀后得到溶液A；2）向溶液A中加入前驱体K
14
[As2W
19
O
67
(H2O)]，逐滴加入碱液调节pH为2
‑
3，得到溶液B；3）将溶液B在80
‑
100
ꢀ°
C下加热1
‑
3小时，然后加入四甲基氯化铵（TMACl）并搅拌20
‑
50min，得到溶液C；4）溶液C经冷却、过滤，室温下蒸发，约一周后可以获得无色的块状晶体，即得。
[0010]进一步的，步骤1）具体为：将0.3
‑
0.4g ZrOCl2·
8H2O和0.05
‑
0.09g Na2SO4溶于8
‑
15 mL水中，然后加入0.2
‑
0.6 mL乳酸，搅拌混匀后得到溶液A。
[0011]具体的，步骤2）中，所述前驱体K
14
[As2W
19
O
67
(H2O)]的添加量为1.0
‑
1.2g。碱液可以为NaOH水溶液。NaOH浓度可以为2mol/L，以用于调节溶液pH。作为优选，pH调节为2.5。
[0012]进一步的，步骤3）中，四甲基氯化铵（TMACl）的添加量为0.3
‑
0.6 g。
[0013]上述锆取代砷钨酸大环材料的制备方法，当分子式为 [N(CH3)4]36
H
18
[NaZr3(μ3‑
O)(C2O4)(H2O)4(B
‑
α
‑
AsW9O
33
)2]6·
203H2O（化合物2）时，制备步骤如下：1）将ZrOCl2·
8H2O溶于水中，然后加入草酸，搅拌混匀后得到溶液D；2）向溶液D中加入前驱体K
14
[As2W
19
O
67
(H2O)]（缩写为As2W
19
），逐滴加入碱液调节pH为3
‑
4，得到溶液E；3）将溶液E在80
‑
100
°
C下加热1
‑
3小时，然后加入四甲基氯化铵（TMACl）并搅拌20
‑
50 min，得到溶液F；4）溶液F经冷却、过滤，室温下蒸发，约一周后可以获得无色的块状晶体，即得。
[0014]进一步的，步骤1）具体为：将0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.锆取代砷钨酸大环材料，其特征在于，所述锆取代砷钨酸大环材料的分子式为 [N(CH3)4]
36
H
12
[NaZr3(μ3‑
O)(lac)(H2O)4(B
‑
α
‑
AsW9O
33
)2]6·
196H2O 和/或 [N(CH3)4]
36
H
18
[NaZr3(μ3‑
O)(C2O4)(H2O)4(B
‑
α
‑
AsW9O
33
)2]6·
203H2O，lac=乳酸。2.权利要求1所述锆取代砷钨酸大环材料的制备方法，其特征在于，当分子式为 [N(CH3)4]
36
H
12
[NaZr3(μ3‑
O)(lac)(H2O)4(B
‑
α
‑
AsW9O
33
)2]6·
196H2O时，制备步骤如下：1）将ZrOCl2·
8H2O、Na2SO4溶于水，之后加入乳酸，搅拌混匀后得到溶液A；2）向溶液A中加入前驱体K
14
[As2W
19
O
67 (H2O)]，调节pH为2
‑
3，得到溶液B；3）将溶液B在80
‑
100
ꢀ°
C下加热1
‑
3小时，然后加入四甲基氯化铵并搅拌20
‑
50 min，得到溶液C；4）溶液C经冷却、过滤，室温下蒸发，获得无色的块状晶体，即得。3.如权利要求2所述锆取代砷钨酸大环材料的制备方法，其特征在于，步骤1）具体为：将0.3
‑
0.4g ZrOCl2·
8H2O和0.05
‑
0.09g Na2SO4溶于8
‑
15 mL水中，然后加入0.2
‑
0.6 mL乳酸，搅拌混匀后得到溶液A。4.如权利要求3所述锆取代砷钨酸大环材料的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琳，马鹏涛，杨冬生，智雨晴，牛景杨，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：