【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料制备，特别涉及一种基于石墨炔构建块的快速高效吸附钍离子的n杂全共轭cofs材料及其制备方法。
技术介绍
1、核能是一种清洁、高效的低碳能源，在保障能源安全、推动能源转型以及助力碳达峰、碳中和目标实现中发挥着重要作用。然而，核工业乏燃料中含有大量未反应的放射性物质，对人类健康和生态环境造成严重威胁。从核废水中分离回收放射性核素对核能可持续发展具有重要意义。
2、钍是一种重要的核能资源，也是核工业的战略储备粮食。工业上通常采用液相萃取法进行钍铀的分离收回。然而，液相萃取法存在溶剂消耗量大、易造成环境污染和操作繁琐等缺点，分离效率较低。固态吸附方法因其操作简便、成本效益可观以及产生二次废物少等优势，成为当前研究的热点。传统的吸附材料，如活性炭、离子交换树脂、天然矿物、生物质等，存在吸附能力低、吸附速率慢以及选择性较差等缺点。因此，迫切需要开发一种高容量且快速有效吸附分离钍的新型功能材料。
3、共价有机框架(cofs)材料作为一类新兴的晶态多孔聚合物，由轻质元素(如c、n、o、b等)通过共价键连接而成，具有高度有序的骨架结构、可调控的孔隙率以及易功能化修饰等独特优势,在金属离子的吸附和分离方面显示出巨大的潜力。然而，尽管一些开创性的cofs用于放射性核素吸附的成果被报道，但在实际应用中表现出对th(iv)高效吸附的cofs材料仍然非常罕见。这主要是由于以下两点原因：一是材料的稳定性较差，例如通常用于构筑cofs的主要共价键(如b-o和c＝n)对酸、碱和辐射不耐受，极大限制了cofs的实际应用；二
4、与硼酸酯键、亚胺键相比，sp2 c＝c双键cofs产生的电子离域效应能够降低体系能量，使其在强酸/强碱以及不同溶剂中稳定性更高。同时，石墨炔是一种由sp和sp2杂化形成的新型碳同素异形体，具有丰富的碳化学键、大比表面积和均匀的孔隙结构。理论研究表明石墨炔具有巨大的极限拉升强度和应变强度，其中的炔键与钍离子具有强烈相互作用。此外，三嗪环上的氮原子能够与钍离子形成配位键、氢键等多种相互作用形式，对钍具有独特的高亲和力。
技术实现思路
1、鉴以此，本专利技术提出一种石墨炔基n杂全共轭cofs材料及其制备方法，用于对钍的快速高效吸附分离。将石墨炔引入到cofs骨架结构制备碳碳双键连接的n杂全共轭cofs不仅可以解决石墨炔领域材料缺陷不可修复这一关键科学问题，而且为开发新型超稳定全共轭cofs材料提供了新方法和新途径，同时为核废水中钍离子的分离回收提供优异的物质基础。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种石墨炔基n杂全共轭cofs材料的制备方法，制备原料包括含氮杂环单体2,4,6-三甲基-1,3,5-三嗪和含炔基的醛类单体4,4',4”-[苯-1,3,5-三基三(乙炔-2,1-二基)]三苯甲醛反应制得。
4、进一步的，所述含氮杂环单体2,4,6-三甲基-1,3,5-三嗪和含炔基的醛类单体4,4',4”-[苯-1,3,5-三基三(乙炔-2,1-二基)]三苯甲醛的摩尔比为1:1-1:3.5
5、一种石墨炔基n杂全共轭cofs材料的制备方法，具体步骤包括：
6、s1、将含氮杂环单体2,4,6-三甲基-1,3,5-三嗪、含炔基的醛类单体4,4',4”-[苯-1,3,5-三基三(乙炔-2,1-二基)]三苯甲醛、有机溶剂和催化剂加入派热克斯管，超声混合，得混合物；
7、s2、将装有混合物的派热克斯管的管底部浸入液氮冷冻；
8、s3、在氮气保护下，对冷冻后的派热克斯管三次脱气，真空下用火焰枪对派热克斯管封管；
9、s4、将封管的派热克斯管置于烘箱，加热晶化，过滤cofs粉末，无水有机溶剂洗涤，加热，真空干燥，得目标石墨炔基n杂全共轭cofs材料。
10、进一步的，步骤s1，所述有机溶剂为体积比为1:1-1:6的均三甲苯与1,4-二氧六环的混合溶液，体积比为1:1-1:5的甲醇和均三甲苯的混合溶液，体积比为1:1-1:10的邻二氯苯和均三甲苯的混合溶液，体积比为1:1-1:8的邻二氯苯和正丁醇的混合溶液中的一种。
11、进一步的，步骤s1，所述含氮杂环单体2,4,6-三甲基-1,3,5-三嗪和含炔基的醛类单体4,4',4”-[苯-1,3,5-三基三(乙炔-2,1-二基)]三苯甲醛的质量之和与有机溶剂的体积比为1:6.8-1:33.3mg/ml。
12、进一步的，步骤s1，所述催化剂为三氟乙酸或氢氧化钾；所述催化剂质量与有机溶剂体积比为1mg:10-28ml。
13、进一步的，步骤s1，所述超声的时间为15-40min；步骤s4，所述加热晶化的温度为120-200℃，时间为3-9天。
14、进一步的，步骤s4，所述无水溶剂为无水四氢呋喃、无水丙酮、无水甲醇中至少一种。
15、进一步的，步骤s4，所述真空干燥的温度为100℃-120℃，干燥时间为8h-20h。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
17、(1)本专利技术通过引入炔基制备得到的cofs材料具有优异的钍离子吸附性能，其中在初始浓度c0＝400ppm，ph＝4的条件下在1h内达到最大吸附量为1949mg/g。
18、(2)本专利技术制备的石墨炔基n杂全共轭cofs材料具有高稳定性和优异的再生循环性能，经过5次循环吸附实验后其吸附容量几乎不变。
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1.一种石墨炔基N杂全共轭COFs材料的制备方法，其特征在于，制备原料包括含氮杂环单体2,4,6-三甲基-1,3,5-三嗪和含炔基的醛类单体4,4',4”-[苯-1,3,5-三基三(乙炔-2,1-二基)]三苯甲醛反应制得。
2.如权利要求1所述的一种石墨炔基N杂全共轭COFs材料的制备方法，其特征在于，所述含氮杂环单体2,4,6-三甲基-1,3,5-三嗪和含炔基的醛类单体4,4',4”-[苯-1,3,5-三基三(乙炔-2,1-二基)]三苯甲醛的摩尔比为1:1-1:3.5。
3.如权利要求1所述的一种石墨炔基N杂全共轭COFs材料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
4.如权利要求3所述的一种石墨炔基N杂全共轭COFs材料的制备方法，其特征在于，步骤S1，所述有机溶剂为体积比为1:1-1:6的均三甲苯与1,4-二氧六环的混合溶液，体积比为1:1-1:5的甲醇和均三甲苯的混合溶液，体积比为1:1-1:10的邻二氯苯和均三甲苯的混合溶液，体积比为1:1-1:8的邻二氯苯和正丁醇的混合溶液中的一种。
5.如权利要求3所述的一种石墨炔基N杂
6.如权利要求3所述的一种石墨炔基N杂全共轭COFs材料的制备方法，其特征在于，步骤S1，所述催化剂为三氟乙酸或氢氧化钾；所述催化剂质量与有机溶剂体积比为1mg:10-28mL。
7.如权利要求3所述的一种石墨炔基N杂全共轭COFs材料的制备方法，其特征在于，步骤S1，所述超声的时间为15-40min；步骤S4，所述加热晶化的温度为120℃-200℃，时间为3-9天。
8.如权利要求3所述的一种石墨炔基N杂全共轭COFs材料的制备方法，其特征在于，步骤S4，所述无水溶剂为无水四氢呋喃、无水丙酮、无水甲醇中至少一种。
9.如权利要求3所述的一种石墨炔基N杂全共轭COFs材料的制备方法，其特征在于，步骤S4，所述真空干燥的温度为100℃-120℃，干燥时间为8h-20h。
10.权利要求3-9任一项所述的制备方法得到的石墨炔基N杂全共轭COFs材料在吸附钍离子中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨炔基n杂全共轭cofs材料的制备方法，其特征在于，制备原料包括含氮杂环单体2,4,6-三甲基-1,3,5-三嗪和含炔基的醛类单体4,4',4”-[苯-1,3,5-三基三(乙炔-2,1-二基)]三苯甲醛反应制得。
2.如权利要求1所述的一种石墨炔基n杂全共轭cofs材料的制备方法，其特征在于，所述含氮杂环单体2,4,6-三甲基-1,3,5-三嗪和含炔基的醛类单体4,4',4”-[苯-1,3,5-三基三(乙炔-2,1-二基)]三苯甲醛的摩尔比为1:1-1:3.5。
3.如权利要求1所述的一种石墨炔基n杂全共轭cofs材料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
4.如权利要求3所述的一种石墨炔基n杂全共轭cofs材料的制备方法，其特征在于，步骤s1，所述有机溶剂为体积比为1:1-1:6的均三甲苯与1,4-二氧六环的混合溶液，体积比为1:1-1:5的甲醇和均三甲苯的混合溶液，体积比为1:1-1:10的邻二氯苯和均三甲苯的混合溶液，体积比为1:1-1:8的邻二氯苯和正丁醇的混合溶液中的一种。
5.如权利要求3所述的一种石墨炔基n杂全共轭cofs材料的制备方法，其特征在于，步骤s1，...
【专利技术属性】
技术研发人员：高艳安，徐佳欣，苏晓芳，胡慧，肖松涛，王健宜，许环军，钱家英，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：
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