一种过渡金属硫化物-共价有机框架复合材料及其应用制造技术

本发明专利技术属于含铀废水处理领域，具体涉及一种过渡金属硫化物

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料及其应用


[0001]本专利技术属于含铀废水处理领域，具体涉及一种过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料及其应用。

技术介绍

[0002]由于铀的高化学毒性和放射性，从核废水中高效提取铀是一个至关重要的环境问题。铀氧化态的溶解度变化很大，这使得通过将可溶性六价铀(U(VI))还原为不溶性四价铀(U(IV))来有效地提取铀。在现有的还原方法中，光催化还原铀因其简单、环保、高效而受到青睐，而实现该技术的关键是开发先进的光催化剂。到目前为止，各种半导体材料已经被探索用于光还原U(VI)，包括过渡金属硫化物、过渡金属氧化物和有机半导体等。其中，过渡金属硫化物因其成本低、光吸收强、无需额外牺牲剂即可实现光催化还原铀等特点，而更具有的应用前景。然而，报道的过渡金属硫化物仍然普遍存在缺乏U(VI)化学吸附位点、光生载流子分离效率不高和严重光腐蚀的问题，导致催化剂损伤和活性下降。因此，开发具有优良活性和稳定性的光催化剂用于无牺牲剂的光催化还原铀是迫切需要的，但无疑仍然是一个巨大的挑战。
[0003]设计异质结使载流子通过界面转移是一种传统但有效的载流子分离方法。特别是构建核壳结构可以最大限度地发挥界面接触效应，减小载流子输运距离，进一步优化光生载流子分离效率。此外，核壳结构的壳材料可以有效地约束芯材料，提供抗光腐蚀能力。更重要的是，选择具有U(VI)化学吸附位点的壳材料能够弥补核心材料对其的缺失，从而提高光催化性能。共价有机框架(COFs)作为一种新型多孔材料，在吸附、催化、储能等方面的应用受到了广泛的关注，其载流子转移快，可见吸收性能强，是与半导体结合的理想壳材料。此外，COFs还具有由不同结构单元和官能团组成的可调节有序孔隙和活性位点，是提取U(VI)的优良吸附剂。因此，利用过渡金属硫化物作为核心材料，COFs作为壳层材料构建具有核壳结构的新型催化剂是实现光催化还原铀高活性和稳定性的潜在途径。

技术实现思路

[0004]为了解决过渡金属硫化物缺乏U(VI)化学吸附位点、光生载流子分离效率不高、严重光腐蚀导致催化剂损伤和活性下降的问题，本专利技术提供了一种过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料。
[0005]上述过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一：CdS纳米棒和聚乙烯吡咯烷酮分散于乙醇中剧烈搅拌，然后依次用乙醇和正丁醇洗涤，使混合物分散于正丁醇中形成悬浮液；
[0007]步骤二：将上述悬浊液转移到耐压管中，并依次加入2,4,6
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三甲酰基间苯三酚、2,4,6
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三(4
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氨基苯基)
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1,3,5
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三嗪、二氧六环和冰乙酸，超声混合均匀后充入氮气进行高温反应，自然冷却至室温后，抽滤洗涤产物，真空干燥，得到过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料CdS@COF。
[0008]上述过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料的制备方法中，步骤一所述CdS纳米棒与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:10～40；所述聚乙烯吡咯烷酮与乙醇的质量体积比为20～80mg:1mL；所述剧烈搅拌的时间为8～16h；所述CdS纳米棒与正丁醇的质量体积比5～20mg:1mL。
[0009]上述过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料的制备方法中，步骤二所述悬浮液与二氧六环的体积比为1:1～3；所述2,4,6
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三甲酰基间苯三酚和2,4,6
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三(4
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氨基苯基)
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1,3,5
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三嗪的摩尔比为1:1，且2,4,6
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三甲酰基间苯三酚和2,4,6
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三(4
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氨基苯基)
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1,3,5
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三嗪的用量总和与二氧六环的体积比为5～20μmol:1mL；所述冰乙酸与二氧六环的体积比为0.05～0.2:1。
[0010]上述过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料的制备方法中，步骤二所述超声混合时间为5～20min；所述高温反应的温度为100～130℃，时间为12～36h。
[0011]本专利技术还提供了上述过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料在处理含铀废水中的应用。
[0012]上述过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料在处理含铀废水时的使用方法包括：将CdS@COF加入含铀废水中，进行光催化反应，实现含铀废水中无牺牲剂的高效光催化还原铀。所述光催化反应在氙灯模拟太阳光条件下进行。
[0013]本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术成功地通过在CdS纳米棒上原位生长COF层，制备了一种新型的核壳光催化剂，即过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料CdS@COF。本专利技术提供的过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料CdS@COF具有高效的化学吸附、增强的载流子分离效率和抗光腐蚀能力，无需额外的牺牲剂即可用于光催化还原铀。在氙灯模拟太阳光的光照条件下，CdS@COF在90min后实现了1825.6mg/g的铀提取量。COF壳层不仅为U(VI)提供了化学吸附位点，降低了U(VI)还原的活化能，而且在与CdS芯的界面处形成了强大的内建电场，促进了载流子的分离。并且通过优化COF壳含量，在结晶度、界面接触完整性、CdS芯的光吸收和U(VI)化学吸附位点数量之间取得了平衡，获得了最高的载流子分离效率和光催化还原铀性能。
附图说明
[0014]图1(A)CdS纳米棒、(B)CdS@COF
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10和(C)CdS@COF
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20的TEM图像。
[0015]图2纯COF的PXRD图谱和模拟的堆叠方式。
[0016]图3CdS纳米棒的PXRD图谱。
[0017]图4CdS纳米棒、纯COF和实施例1～4制备CdS@COF材料的PXRD图谱。
[0018]图5CdS纳米棒和实施例1～4制备CdS@COF材料的Cd 3d XPS光谱。
[0019]图6CdS纳米棒和实施例1～4制备CdS@COF材料的S 2p XPS光谱。
[0020]图7纯COF和实施例1～4制备CdS@COF材料的N1s XPS光谱。
[0021]图8纯COF和实施例1～4制备CdS@COF材料的O1s XPS光谱。
[0022]图9CdS纳米棒、纯COF和实施例1～4制备CdS@COF材料的紫外
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可见漫反射光谱。
[0023]图10CdS纳米棒、纯COF和实施例1～4制备CdS@COF材料的瞬态光电流响应。
[0024]图11CdS纳米棒、纯COF和实施例1～4制备CdS@CO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：步骤一：CdS纳米棒和聚乙烯吡咯烷酮分散于乙醇中剧烈搅拌，然后依次用乙醇和正丁醇洗涤，使混合物分散于正丁醇中形成悬浮液；步骤二：将上述悬浊液转移到耐压管中，并依次加入2,4,6
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三甲酰基间苯三酚、2,4,6
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三(4
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氨基苯基)
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1,3,5
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三嗪、二氧六环和冰乙酸，超声混合均匀后充入氮气进行高温反应，自然冷却至室温后，抽滤洗涤产物，真空干燥，得到过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料CdS@COF。2.根据权利要求1所述的过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料，其特征在于：步骤一所述CdS纳米棒与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:10～40；所述聚乙烯吡咯烷酮与乙醇的质量体积比为20～80mg:1mL；所述剧烈搅拌时间为8～16h；所述CdS纳米棒与正丁醇的质量体积比5～20mg:1mL。3.根据权利要求1所述的过渡金属硫化物
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共价有机框架复合材料，其特征在于：步骤二所述悬浮液与二氧六环的体积比为1:1～3；所述2,4,6
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三甲酰基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李阳，喻开富，马利建，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：