钴基沸石咪唑酯骨架材料的制备及其用于模拟海水提铀研究

发布时间：2020-06-20 02:56

【摘要】：在可持续发展的战略背景下,核能相关工业不断发展。铀,作为核能中最重要的放射性元素之一,在核能发电、军工等领域被广泛应用。我国属陆地贫铀国家,陆地铀矿储量十分有限,从长远角度,开发非常规铀资源提取意义深远。本文以钴基沸石咪唑酯骨架材料ZIF-67为主体,合成了几种高效的模拟海水提铀吸附剂,实现从海水中高效地富集低浓度铀。此外,海水提铀吸附剂也可用于含铀废水的处理,有效降低核工业对环境可能造成的不良影响。利用室温静置诱导静电自组装法制备了沸石咪唑酯骨架材料ZIF-67。所合成的ZIF-67具有菱形十二面体结构,是一种典型具有大比表面积的微孔材料。对铀的吸附测试结果表明,ZIF-67是一种吸附性能极好的MOFs类铀吸附剂,其等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,动力学过程符合准二级动力学方程;在模拟海水环境低浓度铀吸附测试中,对铀具有较高的去除率,体现了 ZIF-67作为海水提铀吸附剂的潜力。利用水热、自组装两步法制备了三维花状Ni-Co LDHs/ZIF-67材料。制得产物具有较好的结晶度以及三维花状的形貌特点,是一种具有较高比表面积的介孔材料。与复合前的Ni-Co LDHs相比,Ni-Co LDHs/ZIF-67对铀具有更高的吸附容量与选择性,且吸附铀的最佳pH值更接近海水pH值;其对铀的等温吸附过程符合Sips等温吸附模型,动力学过程符合准二级动力学方程;在模拟海水环境低浓度铀吸附测试中,该材料对低浓度铀的去除率在80%以上,是性能较好的海水提铀吸附材料。利用牺牲模板法制备了以ZIF-67为模板构筑的镁钴空心水滑石,解决了常规水滑石材料比表面积较小、片层结构堆垛不利于吸附的局限性。该材料等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,动力学过程符合准二级动力学方程;在接近真实海水环境的低浓度铀模拟海水吸附测试中,镁钴空心水滑石对铀离子表现出极高的选择性;通过对材料吸附铀前后进行XPS分析,推测水滑石的Co-OH与Mg-OH是材料能高效选择性吸附铀的重要因素。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ424;TL212.5
【图文】：

示意图,示意图,静置,甲醇

３．２实验部分逡逑３．２．１邋ＺＩＦ－６７邋的合成逡逑本文采用室温静置静电诱导自组装法合成，合成示意图见图３．１。准确逡逑称取２４９．０邋ｍｇ邋Ｃｏ（Ｎ0３）ｒ６Ｈ２０与３２８邋ｍｇ的２－甲基咪啤，并分别溶于２５邋ｍＬ甲醇中，超逡逑声处理１５分钟后，固体药品完全溶解于甲醇，然后将溶有２－甲基咪唑的甲醇倒入溶有逡逑Ｃ0（Ｎ０３）ｒ６Ｈ２０的甲醇溶液中，超声处理３０分钟后密封静置，在室温环境下静置反应逡逑２０ｈ。反应完成后，利用离心分离回收反应液中的紫色固体，并用甲醇洗３次，乙醇洗３逡逑次，最后置于６０°Ｃ的烘箱常压干燥。逡逑１５逡逑

谱图,谱图,单品,结构模拟

３．３结果与讨论逡逑３．３．１邋ＺＩＦ－６７形貌与结构表征逡逑通过ＸＲＤ测试来考察合成样品的晶体结构，如图３．２所示。从图中可发现，合成逡逑出的ＺＩＦ－６７的衍射峰位置与单晶数据模拟出来的理论ＸＲＤ谱图完全吻合，而且衍射峰逡逑强度很高，半峰宽较窄表明合成的ＺＩＦ－６７结晶度很高。ＸＲＤ谱图表明室温静置法成功逡逑合成出纯相的ＺＩＦ－６７。值得注意的是，在２０约为７．１°处的峰强明显高于其他衍射峰的逡逑强度，说明此方法合成的ＺＩＦ－６７是以晶面（１１０）为主要方向成核、长大的。逡逑＾逦Ｉ逦ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ邋ＺＩＦ－６７逡逑＞逦」Ｌ—Ａ＿＿ｉｌ＿＿＿ａ＿ａ＿ａ＿＾邋ａ邋ａ＿ａ＾Ａ邋邋逡逑ｃ逡逑Ｑ；逡逑匚逡逑一逦｜逦ｓｉｍｕｌａｔｅｄ邋ＺＩＦ－６７逡逑＿＿邋Ａ＿Ａ＿Ａ＿＿Ｊ＿ｊｌ１邋＾－ＬＬＬＬｕｌＡ＿ＪＵ＿ｉ＿＊逡逑Ｉ逦＊逦Ｉ逦＇逦Ｉ逦＇逡逑１０逦２０逦３０逦４０逡逑２邋Ｔｈｅｔａ邋（ｄｅｇｒｅｅ）逡逑图３．２合成的ＺＩＦ－６７邋ＸＲＤ谱图与单品结构模拟ＸＲＤ谱图对照逡逑图３．３邋（ａ－ｂ）是合成的ＺＩＦ－６７邋ＳＥＭ图片，从图中可以可发现合成的ＺＩＦ－６７具存较逡逑为规整的菱形十二面体的形貌；（ｃ－ｄ）是合成的ＺＩＦ－６７邋ＴＥＭ图片，由图可知制备的ＺＩＦ－６７逡逑规则的菱形十二面体结构被进…步证实

【参考文献】