MOF孔壁的功能修飾及鈾吸附研究.pdf

1、鈾是一種重要的能源物資，不管是在工業(yè)、農業(yè)、國防還是在科學技術方面，它都有著重要的應用。隨著核工業(yè)技術的發(fā)展，投入運行的核電站越來越多，導致我們對金屬鈾的需求也進一步增長，也因此導致鈾礦資源更加緊俏。于是，對非鈾礦資源的鈾提取顯得非常的重要。金屬有機框架材料（MOFs）是一種新型材料，與傳統(tǒng)材料相比，其結構具有多孔性、可設計、可預測性，因此探索該類材料對鈾離子的吸附具有很大可行性。本論文合成五種MOFs材料，對其結構，性能進行表征，探索

2、其對鈾酰離子的吸附及吸附機理，研究其在模擬海水環(huán)境中對鈾離子的實際吸附效果，具體如下：
　?。?）酰胺配體 L，均苯三甲酸(H3BTC)，Zn(NO3)2在水熱條件下115℃反應3000min，合成MOF-1（Zn(L)(HBTC).(H2O)2）材料。繼而進行孔壁基團修飾，即將間苯二甲酸(H2ip)，5-羥基間苯二甲酸(H2hip)，5-氨基間苯二甲酸(H2aip)，5-硝基間苯二甲酸(H2nip)分別代替均苯三甲酸在相同的條件

3、下合成MOF-2[Zn(L)(ip).(DMF)(H2O)1.5]，MOF-3[Zn(L)(hip).(DMF)(H2O)]，MOF-4[Zn(L)(aip).(H2O)]，MOF-5[Zn(L)(nip).(DMF)0.5(H2O)0.5]。通過X-射線單晶衍射儀測定其晶體結構，發(fā)現(xiàn)5個MOF材料都具有相同的三維框架結構，但分布在一維圓形孔道中的基團各不相同。
　?。?）對合成材料進行各項性能表征發(fā)現(xiàn)：合成的MOF系列材料都具有

4、很好的熱穩(wěn)定性并且純度高；熒光測定儀測定發(fā)現(xiàn)MOF-1具有雙重熒光發(fā)射峰；而在同一激發(fā)波長下（300nm），MOF-2，MOF-3，MOF-4，MOF-5的熒光發(fā)射波長從368nm增至413nm；對CO2的吸附數(shù)據(jù)表明，各材料在273K時吸附量遠大于293K時的吸附量，其中以MOF-1的吸附量最大，同時，我們對吸附熱進行了分析研究。
　　（3）進一步針對材料對鈾酰離子的吸附進行研究。探索了pH值，吸附時間，吸附初始濃度等因素對吸附

5、過程的影響，從而得出：MOF-1，MOF-5材料的最佳pH值為2，MOF-2，MOF-3，MOF-4材料的最佳吸附pH值為2.5；MOF-1，MOF-2，MOF-3，MOF-4吸附鈾酰離子的最適初始濃度為100ug/ml，MOF-5的則為200ug/ml；MOF-1，MOF-3，MOF-4材料對鈾的吸附速率快，在1小時內就能達到吸附平衡，吸附效果好，在低濃度的鈾酰離子溶液中，仍能達到90%以上的吸附率，其中MOF-1的吸附容量最大（92

6、.0mg/g），而MOF-3及MOF-5的吸附效果則相對較差。
　　采用擬一級，擬二級動力學模型對吸附行為進行分析，相關系數(shù)表明擬二級動力學方程擬合的線性較好；而采用Langmuir，F(xiàn)reundlich等溫吸附模型來分析吸附系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，從各線性回歸結果中可看出，從 MOF-1至MOF-4材料均符合Langmuir模型，而MOF-5材料則符合Freundlich模型。
　　在吸附劑對鈾離子的吸附達到飽和之后，我們通過不同

7、的洗脫劑對吸附劑進行解析，發(fā)現(xiàn)0.1mol/L的 HNO3對 MOF-2，MOF-3，MOF-5材料有更好的解吸能力，其解吸效果分別達74.34%，86.07%，11.29%；而Na2CO3對MOF-1，MOF-4材料有更好的解吸能力，其解吸效果可達到93%，78.35%。
　?。?）將各材料運用于模擬海水環(huán)境中，對低濃度的鈾酰離子進行吸附試驗，發(fā)現(xiàn)MOF-1的提鈾效果最佳，是一類非常具有前景的海水提鈾材料，在鈾初始濃度為6ppb