[发明专利]一种化合物、其制备方法及作为离子交换材料的应用

说明书

技术领域

本申请涉及一种具有层状骨架结构的晶体化合物及其制备方法。

本申请还涉及该化合物作为离子交换材料，在分离和去除液相中铯、锶方面的应用。

背景技术

能源与环境一直是当今社会发展的两大主题，随着全球化石能源的日益枯竭以及其所带来的环境问题，使得核能的开发利用越来越受到人们的关注。据中国核能行业协会估算，2014年中国在建核电机组28台，总装机容量达到3062万千瓦，2020年预定核电装机目标将达到5800万千瓦。但随着核能的利用，其又可能会给环境带来放射性元素的污染。例如日本福岛核泄漏后，在其核电站厂区的附近海水中，就检测到了放射性的铯和锶元素超标。由于这些元素的半衰期很长，其污染已成为局域性乃至全球性的环境问题。因此开发高效、低廉的去除水环境中放射性铯和锶元素的净化材料具有极其重要的意义。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种化合物，该化合物骨架结构由锡Sn和硫S组成，组分简单均一、具有较强的耐酸碱性，且对Cs⁺和Sr²⁺离子具有强的亲和力和高选择性。

所述化合物，其特征在于，具有如下所示的分子式：

R¹_xR²_2-xSn₃S₇·y[H₂O]

其中，R¹、R²独立地选自有机铵离子中的至少一种；x＝0～2，y≥0。

所述化合物为晶体，具有锡和硫形成电负性的二维层状骨架结构，有机胺阳离子位于二维层状骨架的层间。锡和硫形成的电负性的二维层状骨架结构，可简写为[Sn₃S₇]_n^2n-层状结构，n为大于1的正整数。

优选地，所述R¹、R²独立地任选自碳原子数不大于6的有机铵离子。

优选地，所述R¹、R²独立地任选自二甲基铵离子、三甲基铵离子、乙基铵阳离子中的至少一种。

所述R¹和R²可以为相同的有机铵离子，也可以为不同的有机铵离子。

当R¹和R²相同时，所述化合物的分子式可写为R¹₂Sn₃S₇·y[H₂O]。

优选地，20≥y≥0；进一步优选地，10≥y≥0；进一步优选地，5≥y≥0。

典型地，所述化合物的分子式为：

[Me₂NH₂]_4/3[Me₃NH]_2/3Sn₃S₇·1.25H₂O，该化合物分子量为704.5，属单斜晶系，空间群为C2/c，单胞参数为a＝22.5651(10)，b＝13.0672(6)，β＝101.227(6)°，Z＝8。在这种层状结构中Sn⁴⁺为五配位，与S^2-形成扭曲的三角双锥配位结构，构成的次级建筑单元为[Sn₃S₇]；[Sn₃S₇]分别与周围三个[Sn₃S₇]通过共边((μ–S)₂)相互链接，形成平行于ab平面的含六边形蜂窝状24原子环的二维扩展结构。

其中，[Me₂NH₂]⁺表示二甲铵离子，结构式为：

[Me₃NH]⁺表示三甲铵离子，结构式为：

以上化合物仅为本申请所述化合物的典型代表，本申请所述化合物不局限于此。

根据本申请的又一方面，提供了一种制备所述化合物的方法，该方法成本低、工艺简便、原子利用率高，所用反应物几乎可实现100％转化，排除了副产物带来的分离困难。

所述制备方法，其特征在于，至少含有以下步骤：