[发明专利]卤素离子功能化有机多孔材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种卤素离子功能化有机多孔材料及其制备方法和用途，属于多孔有机材料聚合物技术领域。本发明首先利用5,5’‑二氨基‑2,2’‑联吡啶和2,4,6‑三羟基‑1,3,5‑苯三甲醛发生反应得到有机多孔材料，然后对其进行离子化后修饰得到一种卤素离子功能化的有机多孔材料，该材料具有永久性多孔结构，酸碱稳定性好，热力学稳定性好、对碘吸附能力强，合成工艺简单，可重复性高和循环性能好等优点，在较高温度条件下可用于低浓度放射性碘吸附，将为较高温度下处理放射性核废料中低浓度放射碘提供一种新的途径。

技术领域

本发明属于多孔有机材料聚合物技术领域，具体涉及一种卤素离子型多孔材料的制备及其高效吸附放射性碘的应用

背景技术

放射性碘是核废料处理和核事故中的主要有害放射污染物之一，其半衰周期长，易挥发、扩散快，严重威胁环境安全和人体健康。多孔有机聚合物(Porous organicpolymers,POPs)是一类利用C、H、O、N等轻质元素通过共价键作用形成的新型多孔材料。该类材料以其高比表面积、永久可调孔隙率、结构可控、高热化学性和具有后合成修饰的潜力等优点，受到了科研工作者的广泛关注。

目前，吸附法是最常用的放射性碘处理方法。常用的吸附剂主要有机胺浸渍的活性炭，银功能化的多孔材料如分子筛、硅胶、黏土等。这些材料由于比表面积低，因此吸附容量差，同时银基吸附剂具有成本高、循环性差等问题；最近，金属有机框架材料(MOFs)和多孔有机聚合物材料(POPs)也被用于放射性碘的吸附。尽管这些材料比表面积较高，然而由于它们缺乏强吸附位点，因此这类材料通常在＜80℃以及高浓度碘蒸气(＞10000ppmv)条件下具有较高吸附容量，而在工业应用条件下(150℃和150ppmv)通常吸附容量很差，因此现有吸附剂仍然无法满足目前工业化需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种能够在工业应用条件下(150℃，150ppmv)高效放射性碘吸附的方法，通过制备卤素离子型多孔材料解决目前放射性碘吸附技术能耗高、成本高、材料合成工艺复杂和可循环性差的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种卤素离子功能化有机多孔材料，有机多孔材料的分子式结构如下：

在结构式中，X^–代表Br^–或者I^–，该材料的BET比表面积分别是581m²g^-1和387m²g^-1。

本发明卤素离子功能化有机多孔材料的制备方法，在常温常压条件下，通过以下有机配体为原料制备得到；所合成的有机多孔材料包括但不限于亚胺、聚酰亚胺、腙或硼酸酯中的一种；所用催化剂包括但不限于醋酸或者吡啶碱所能合成有机多孔材料的催化剂；所用溶剂包括水和常用有机溶剂，该常用有机溶剂包括但不限于氯苯、N，N-二甲基乙酰胺、甲醇、二氧六环、乙腈、乙醇中的一种；所用模板剂为常用芳香类或烃类化合物，该常用芳香类或烃类化合物包括但不限于均三甲苯、邻二氯苯、1，2，4-三氯苯或二氧六环中的一种；所用材料的后修饰方法包括但不限于溶剂热、研磨或超声；所用材料后修饰原料包括但不限于1，2-二溴四氟乙烷、1，2-二溴乙烷或2，3-二溴2，3-二甲基丁烷。

进一步的，所述有机多孔材料所用原料选用2,4,6-三羟基-1,3,5-苯三甲醛和5,5’-二氨基-2,2’-联吡啶，所述2,4,6-三羟基-1,3,5-苯三甲醛和5,5’-二氨基-2,2’-联吡啶的摩尔比为1:1.5～2。

进一步的，所述溶剂选用二氧六环；所述模板剂为均三甲苯；所述催化剂为醋酸；所述溶剂和催化剂比例为3～10：3～10：1。

进一步的，所述后修饰的方法选用溶剂热的方法；所选用溶剂为乙腈或乙醇，其中溶剂的添加量按照合成有机多孔材料的总质量计算，固体粉末在溶剂中的质量分数为0.1～20wt％。