[发明专利]一种三维金属-有机骨架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三维金属‑有机骨架材料及其制备方法和应用，属于材料技术领域。该材料的制备方法包括以下步骤：S1、将3，3’，5，5’‑偶氮苯四羧酸、Cd(NO₃)₂·4H₂O、N，N‑二甲基乙酰胺溶液和甲醇溶液混合得到混合物；S2、将混合物密封在四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在100℃的不锈钢高压釜中持续加热96小时；S3、不锈钢高压釜以每小时5℃进行降温，待冷却到室温后，用N，N‑二甲基乙酰胺反复洗涤分离出黄色晶体，并将黄色晶体在室温下干燥，得三维金属‑有机骨架材料，其化学式为[Cd₂(ABTC)(H₂O)₂(DMA)]·4DMA。本发明制备的晶体可以对单质碘以及染料进行有效吸附。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种三维金属-有机骨架材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代社会的迅速发展以及科学技术的不断进步，危险化学品的释放量不断增加，例如，核废料、有毒重金属离子、有机染料分，这给人类和动物的健康安全带来了重大威胁。尽管我们对高效且无碳排放核能的需求正在迅速增长，但铀核裂变产生的废物的妥善处理方法是核电生产背后的一个迫切需要关注的安全问题。特别是放射性碘(含¹²⁹I和/或¹³¹I)作为核废物的主要组成部分，已引起了相当多的关注，主要是由于它可以经由呼吸系统对人体健康造成严重的组织损伤和癌变。除此此外，¹²⁹I和¹³¹I的放射性半衰期分别为8天和1.57×10⁷年，可缓慢渗入人体代谢系统。因此，设计稳定且高效的放射性碘捕获和储存材料已成为亟待解决的问题。因而，合成高效、成本低、稳定的多孔材料用于气相和液相的碘捕获是至关重要的。在众多多孔材料中，金属-有机骨架（Metal−Organic Frameworks,MOFs）的研究成果非常丰富，主要是因为其比表面积高、孔结构可调、孔型规则、结构独特并且功能强大。此外，选择具有不同几何构型和功能的有机配体与金属离子或团簇配位，可以获得高孔隙度并未孔结构可调的MOFs，这些结构特点有利于形成理想的表面结合位点，有利于碘的捕获。

其次，有机染料广泛应用于造纸、印刷、塑料、纺织品、医药等工业领域，但其毒性甚至致癌性对水环境和人类健康构成了不可忽视的巨大威胁。同时，由于染料对光和氧化剂具有良好的稳定性，导致大多数染料难以降解。因此，迫切需要一种低成本且环保的染料吸附分离材料。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供三维金属-有机骨架材料及其制备方法和应用。

本发明的一种三维金属-有机骨架材料，化学分子式为：[Cd₂(ABTC)(H₂O)₂(DMA)]·4DMA，其中ABTC表示：脱去4个质子的3，3’，5，5’-偶氮苯四羧酸配体，DMA表示：N，N-二甲基乙酰胺，属于单斜晶系，空间群为P2₁/c，晶胞参数为a (Å) = 14.3590(9)，b (Å)= 14.4350(10)，c (Å) = 22.6110(14)，α (°) = 90，β (°) = 98.6970(11)，γ (°) = 90，体积V (ų) = 4632.7(5)；所述三维金属-有机骨架材料作为吸附剂应用于含碘单质的废液或废气处理方面。

本发明还提供了一种三维金属-有机骨架材料的制备方法，包括以下步骤：