含铕金属有机框架材料用于放射性及重金属离子的检测

发布时间：2020-04-09 16:10

【摘要】：金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)材料是一类由金属离子/金属簇与有机配体通过自组装方式合成得到的新型材料。因其结构多样性与可调节性,在短短二十年时间里MOFs材料引起了广泛关注,在荧光检测、气体吸附和分离、催化、生物医药、非线性光学、磁性等领域具有广阔的应用前景。随着核电的发展,核燃料循环过程中会产生大量放射性产物,包括锕系元素及其裂变产物,以及放射性气体,这些物质已经引起公众的高度关注。而化工、电子、机械制造、仪表等工业生产过程中会产生含重金属离子(镉、铬、铜、汞、镍等)的废水,这些废水经由各种渠道进入到自然水体中,若没有及时加以监测和去除,会通过食物链富集到人体中,给人类健康带来极大威胁。因此,构建具有对多种阳离子敏感的荧光MOFs材料对于检测水体中的放射性及重金属离子具有重要意义。本研究通过选择合适的配体,与醋酸铕在溶剂热条件下,自组装构筑了两个具有荧光性质的含铕金属有机框架材料。利用单晶X射线衍射仪可测得配合物的单晶结构,通过X射线粉末衍射仪测得的粉末图来判断配合物的纯度及稳定性,同时测定了材料的红外光谱、热重分析曲线、荧光光谱、吸收光谱等数据,系统研究探索荧光检测性能和检测机理。具体如下:(1)在溶剂热条件下,利用2,5-呋喃二甲酸配体与醋酸铕合成出一例具有荧光性质的含铕金属有机框架材料[Eu_2(FDC)_3(DMA)_2]·4H_2O(简写为配合物1)。该配合物晶体结构分析表明其为三斜晶系,具有三维网状结构,且在pH为2-12溶液中具有很好的稳定性。该材料对Th~(4+)有选择性荧光淬灭现象,可以应用于Th~(4+)的检测。通过对Th~(4+)吸附动力学、EDS元素分析、吸收光谱、荧光光谱以及Th~(4+)竞争吸附等测试进一步阐明了此配合物的检测机理。(2)在溶剂热条件下,利用四(4-羧基联苯)甲烷配体与醋酸铕合成出一例二维层状含铕金属有机框架材料[Eu_2(MTBC)(OH)_2(DMF)_3(H_2O)_4]·2DMF·7H_2O(配合物2)。研究表明,配合物2对重金属Cu~(2+)和放射性UO_2~(2+)有荧光淬灭现象。为了探索其作为Cu~(2+)和UO_2~(2+)探针的潜在应用,我们系统地研究了配合物2的荧光选择性、浓度依赖性荧光光谱和检测下限。计算及结果表明其对Cu~(2+)和UO_2~(2+)的检测下限分别为17.2μg/L和309.2μg/L。配合物2对Cu~(2+)的检测能力远低于美国环境保护局定义的饮用水中Cu~(2+)含量的标准。尽管配合物2对UO_2~(2+)的检测能力相对较弱,我们仍然可以将其应用到严重的污染场地,例如铀矿和加工设备等。通过对吸附动力学和吸附等温线研究可以充分理解浓度依赖性荧光强度的演变过程。此外,通过结合紫外可见吸收光谱、荧光光谱以及荧光寿命我们深入分析了配合物2的检测机理。
【图文】：

铀酰离子,诱导荧光,淬灭

荧光 MOFs 材料研究成果最为突出的有浙江大学的陈邦林课教授课题组，同济大学的闫冰[31-34]教授以及吉林大学张洪杰[3们的研究工作为荧光 MOFs 材料的研发和机理探索提供了坚荧光 MOFs 材料的研究涵盖了对温度、pH、重金属离子等探测属离子配位数多的特点可以在更大程度上得到更为稳定的材性质，大大拓展荧光 MOFs 材料的潜在应用，因此，其研究越视，现有的大量研究成果充分证明了其分析环境样品的可行性Fs 材料用于真实环境样品的分析必将引起广泛的关注。

荧光光谱,去离子水,配合物,水溶液

图 2.1 配合物 1 在去离子水，pH 为 2 和 12 的水溶液中的稳定性2.1 The stability of Complex 1 in deionized water, pH 2, and pH 12solutions.选择性测试g 精细研磨的配合物 1 分散到 2 mL 250 mg/L 的 M(NO3)x·n(H+，Cd2+，Cs+，Mg2+，Na+，，Th4+，Sr2+，Zn2+; x = 1, 2, 4）水溶g 配合物 1 分散在 2 mL 去离子水中作为对照组，将这些溶超声处理 5 分钟后立即测定荧光光谱，平行测定所有光谱三次于作图，如图 2.2 所示。监测荧光最强处 616 nm 波长荧光强
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X832;O641.4;O657.3

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