[发明专利]一种高效捕获碘的锌‑MOF微孔材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种高效捕获碘的锌-MOF微孔材料及其制备方法与应用。

背景技术

¹²⁹I作为核废料中一种重要的放射性同位素，已经引起了特别的关注，因为它有长的放射性半衰期(1.57×10⁷年)，难于处理，与放射性锶、钡等重元素共存于废水废气中，严重污染环境、威胁人类健康。因此在核废液中有效捕获放射性碘仍然面临很大的挑战。在这方面，一些碘吸附剂已经被研究，包括硫属气凝胶、功能性黏土和银基孔状沸石材料等，负载量从8wt％到175wt％。然而，它们存在成本高、吸附能力有限或污染环境等问题，其应用受到限制。因此，需要寻求一种稳定、高效的、高碘捕获能力的材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的、高效捕获碘的锌-MOF微孔材料及其制备方法与应用。

本发明所提供的锌-MOF微孔材料，含有Zn元素和配体3,3',5,5'-三联苯四羧酸及配体4-氨基吡啶，其化学组成为[Zn₂(tptc)(apy)_2-x(H₂O)_x]·H₂O，其中，0<x<2，tptc表示3,3',5,5'-三联苯四羧酸，apy表示4-氨基吡啶，属于三方晶系，R-3m空间群，晶胞参数为：18.8317(10),18.8317(10),38.5698(13),90,90,120,11845.6(13)。

本发明所提供的锌-MOF微孔材料是通过包括下述步骤的方法制备得到的：

以Zn(OAc)₂·6H₂O、4-氨基吡啶和3,3',5,5',-三联苯四羧酸为原料，进行溶剂热反应，得到含锌-MOF微孔材料的体系。

上述方法中，Zn(OAc)₂·6H₂O与氨基吡啶和3,3',5,5',-三联苯四羧酸的摩尔比可为3～5:1:1，具体可为3:1:1。

所采用的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和水体积比为3～5:1(具体可为5:1)的混合溶剂。

上述反应体系的pH值为5～7，具体可为6。

所述溶剂热反应的温度为90～120℃，具体可为100℃，时间为4～7天，具体可为5天。

上述方法还包括对所述含锌-MOF微孔材料的体系进行后处理得到锌-MOF微孔材料的操作。所述操作具体为：将所述含锌-MOF微孔材料的体系以每小时5～20℃(具体可为5℃)的速度冷却到室温，过滤并水洗得到白色块状晶体，即为锌-MOF微孔材料。

上述锌-MOF微孔材料在碘捕获中的应用也属于本发明的保护范围。

所述碘可为放射性碘¹²⁹I。

上述锌-MOF微孔材料在含碘的核废料处理中的应用也属于本发明的保护范围。

本发明还提供一种利用上述锌-MOF微孔材料处理含碘的核废料方法。

所述方法为：将所述锌-MOF微孔材料活化，将活化后的锌-MOF微孔材料与含碘的核废料接触，50-100℃下保持0-50小时(端点值0不取)，即可。

其中，所述活化的操作为：将所述锌-MOF微孔材料用甲醇浸泡并加热以去除其中的客体分子。其中，客体分子是水分子，分子组成中[Zn₂(tptc)(apy)_2-x(H₂O)_x]·H₂O中括号外面的部分。

所述含碘的核废料可为核废液也可为核废气。

本发明采用溶剂热方法合成锌-MOF微孔材料，只需一步反应，且原料廉价易得，制备工艺操作简单、条件温和；反应过程中的参数可调，易于控制产物的结晶度与物相组成。其化学组成为[Zn₂(tptc)(apy)_2-x(H₂O)_x]·H₂O(0<x<2)，孔隙率为58.1％，实验证明该材料在蒸汽和溶液中对碘的吸附量高达216wt％，每克锌-MOF材料能吸附两克的碘，是一种很好的碘捕获材料。这种材料对碘的强亲和力主要由于碘分子之间的卤键作用、碘分子与骨架苯环之间的电荷转移作用、氨基的供电子能力等。

附图说明

图1为实施例1制备的锌-MOF微孔材料的结构图，其中，a为配位环境图，b为的孔，c为的长梭孔，d为三维结构，e为NbO拓扑网。