[发明专利]一种海水提铀用磺酰基桥连杯[4]芳烃铁基多孔配合物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种海水提铀用磺酰基桥连杯[4]芳烃铁基多孔配合物的制备方法，包括将磺酰基桥连杯[4]芳烃、三氯化铁和间苯二腈四氮唑加入包含乙醇和N,N‑二甲基甲酰胺的复合溶剂中混合均匀，后于反应釜中先快速升温后在恒温条件进行反应，再缓慢降温得到棕黄色块状透明晶体，清洗干燥后得到产物，磺酰基桥连杯[4]芳烃，三氯化铁和间苯二腈四氮唑的摩尔比为1:4:1；乙醇和N,N‑二甲基甲酰胺的体积比为1:1。利用本方法制备的多孔配合物材料为单斜晶，存在空腔的长方体结构，分子式为Fe₄(H₂O)(TC4A‑SO₂)]4(H₂L)8。本材料不仅具有合适孔洞结构，且桥连配体间苯二腈四氮唑中的不饱和配位点与铀酰离子具有络合作用，两者相互协同增强其提铀性能，具有吸附速率快、优异选择性和稳定性等优点。

技术领域

本发明涉及金属多孔配合物材料，尤其涉及一种海水提铀用磺酰基桥连杯[4]芳烃铁基多孔配合物及其制备方法。

背景技术

从海水中提取铀对于满足核能工业对铀资源日益增长的需求至关重要。但由于天然海水环境复杂，铀浓度低(3.3ppb，μg L^-1)及海洋微生物污损严重等问题，导致现有提铀吸附剂未能进行工业化应用。其中最广泛研究的提铀吸附剂为偕胺肟基材料，但天然海水中的生物污损性不仅导致其铀吸附能力大大降低，甚至破坏吸附剂结构从而降低吸附剂重复使用性的同时增加铀提取的经济成本。因此研发合适的海水提铀材料作为传统能源材料的补充或替代，对解决能源短缺和环境污染具有重大的意义。

杯芳烃是一种由苯酚单元缩合反应得到的一类环状化合物，杯芳烃结构中下缘的酚羟基和桥连原子作为潜在的配位点，能够与其它配体结合和配位，现有研究尝试将杯芳烃衍生物应用于金属离子提取，但材料比表面积较低，吸附能力和选择性有限。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种海水提铀用磺酰基桥连杯[4]芳烃铁基多孔配合物，解决现有技术存在的问题。

本发明一方面采用一种海水提铀用磺酰基桥连杯[4]芳烃铁基多孔配合物，该多孔配合物为单晶，分子式为Fe₄(H₂O)(TC4A-SO₂)]4(H₂L)8。

优选地，该多孔配合物由四个磺酰基桥连杯[4]芳烃和过渡金属构成的次级结构单元Fe₄-(H₄TC4A-SO₂)通过八个间苯二腈四氮唑桥连而得。

优选地，该单晶为存在空腔的长方体结构。

本发明另一方面提供一种海水提铀用磺酰基桥连杯[4]芳烃铁基多孔配合物的制备方法，包括以下步骤：将磺酰基桥连杯[4]芳烃，三氯化铁，间苯二腈四氮唑加入包含乙醇和N,N-二甲基甲酰胺的复合溶剂中混合均匀，后于反应釜中先快速升温至恒温条件进行反应，后缓慢降温得到棕黄色块状透明晶体，清洗干燥后得到基于磺酰基桥连杯[4]芳烃的铁基多孔配合物材料，所磺酰基桥连杯[4]芳烃，三氯化铁和间苯二腈四氮唑的摩尔比为1:4:1；乙醇和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:1。

优选地，升温速率为50℃/h，所述恒温温度为140℃，反应时间为72h，降温速率为4℃/h。

优选地，磺酰基桥连杯[4]芳烃为0.1mmol，三氯化铁为0.4mmol，间苯二腈四氮唑为0.1mmol；所述乙醇和N,N-二甲基甲酰胺的体积均为5mL。

优选地，磺酰基桥连杯[4]芳烃由以下方法制备而得：称取5g对叔丁基硫杂杯[4]芳烃置于圆底烧瓶中，加入三氯甲烷溶解，待完全溶解后加入11g过硼酸钠和250mL冰乙酸放置于50℃的油浴锅中加热回流18h，再冷却至室温，用蒸馏水和三氯甲烷依次萃取，最后重结晶得到磺酰基桥连杯[4]芳烃。