[发明专利]一种负载二氧化钛的MOFs基气凝胶制备方法

说明书

本发明公开了一种负载二氧化钛的MOFs基气凝胶制备方法，将纤维素经氧化改性处理得到羧基化纤维素纳米纤维；将锐钛矿型TiOsubgt;2/subgt;加入到羧基化纤维素纳米纤维分散液中，经过分散处理后分散液通过冷冻干燥法得到负载均匀、牢固的TiOsubgt;2/subgt;/羧基化纤维素纳米纤维气凝胶；以TiOsubgt;2/subgt;/羧基化纤维素纳米纤维气凝胶为基体，将无机金属离子(Zrsupgt;4+/supgt;)螯合在羧基化纤维素纳米纤维的羧基上并作为金属离子中心，以2‑氨基对苯二甲酸为有机配体，通过水热合成反应在TiOsubgt;2/subgt;/羧基化纤维素纳米纤维气凝胶上原位生长出MOFs(UiO‑66‑NHsubgt;2/subgt;)，得到负载二氧化钛的MOFs基气凝胶。该负载二氧化钛的MOFs基气凝胶具有大比表面积、高孔隙率，富含强螯合性的羧基基团，具有光催化性和抗生物污染性，同时具备易回收、可重复利用的特点。

技术领域

本发明涉及一种负载二氧化钛的MOFs基气凝胶制备方法，属于功能复合材料科学领域。

背景技术

为实现碳达峰与碳中和的目标，具有极高能量密度和无温室气体排放的核能一直备受关注。铀主要用作核电燃料，因此提炼铀有利于能源工业的可持续发展。目前，铀主要是通过矿物开采获得。随着能源需求的增加，铀将成为短缺资源。海水中铀的总量估计为45亿吨，是陆地上铀储量的1000多倍。然而，海水中铀的浓度相当低(≈3.3ppb)，且有大量的竞争离子，这使得从海水中回收铀具挑挑战性。目前，人们已经并正在研究各种物理和化学方法来从水溶液中提取铀，包括离子交换、膜分离、和吸附等方法。其中固相吸附法因其结构灵活、易于应用、可重复、使用可靠、成本低、环保等优点而倍受关注，同时这些潜在的优势对于处理超大体积的海水非常有利。固相吸附的一个重点和挑战是制备具有高吸附容量、选择性、快速吸附/解吸动力学的高性能铀吸附剂。然而，到目前为止，大多数吸附材料一般不能同时满足这些要求。

金属有机骨架(MOFs)具有大比表面积、高孔隙率、低密度、结构可调控性和化学稳定性等优点，被广泛认为是一种有吸引力的铀吸附剂候选材料(Coordination ChemistryReviews 475(2023)214917)。由于MOFs的晶体性质，导致它们通常以纳米粉末或胶状晶体的形式存在。因此，MOFs吸附剂在天然海水中的回收仍然是一个挑战。在分离和催化领域，MOFs晶体常被嵌入到分层多孔聚合物基质中制备复合材料(ACS Omega 2022,7,14430-14456)。因此，探索具有高孔隙率、超轻密度、低成本的先进多孔基底材料，是实现MOFs吸附剂易回收、可重复使用的关键。

可再生资源是人类可持续发展的迫切需要，纤维素是地球上最丰富的天然“有机”生物材料，全球每年产量达数百亿吨。纤维素纳米纤维(CNFs)是一种独特的纳米级材料，可以通过化学和/或物理方法从不同的自然来源(如木材和棉花)中提取。CNFs的优点在于易得、可再生、成本低、可降解、重量轻、表面化学控制和环保等特点，通过冷冻干燥技术可制备孔洞连通、孔隙率高、比表面大、强度高的CNFs气凝胶。研究发现，羧基化CNFs(Carboxylated CNFs)气凝胶具有丰富的极性基团(如羟基和羧基)，这为MOF晶体的成核和生长提供了丰富的反应位点和强的结合作用。