新型无机阳离子骨架材料的合成与含氧酸根污染物吸附性能研究
发布时间：2021-03-27 22:24
阳离子骨架材料是指主体骨架带正电,骨架内存在弱配位的阴离子作为抗衡离子平衡骨架正电荷的材料。阳离子骨架材料由于其骨架结构中阴离子的可交换性,被认为是去除环境中含氧酸根阴离子污染物的有效材料之一。结晶型无机阳离子骨架材料通常表现出较高的热稳定性和水解稳定性,并且合成成本低,在吸附分离、阴离子交换、催化等领域都具有良好的应用前景。然而,自然界中存在的大多数无机材料骨架呈中性或负电性（例如沸石分子筛）,无机阳离子骨架材料的数量和结构类型都非常有限。层状双金属氢氧化物（Layered double hydroxides,LDHs,又称水滑石类材料）是最常见的无机阳离子骨架材料,然而传统LDHs材料在脱除水体阴离子污染物时存在对CO32-亲和能力强、吸附速度慢、吸附前需要预先高温焙烧处理等缺点。其它非LDHs型无机阳离子骨架材料主要包括层状稀土氢氧化物（LRHs）、层状金属氟化物、层状羟基氧化物、层状氢氧化物盐等,其中绝大部分对含氧酸根污染物亦有一定的脱除效果,特别是LRHs材料,具有比LDHs材料更高的电荷密度。然而,这些材料由稀土元素、重金属元素甚...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
几种典型的阳离子骨架MOFs材料结构图：（a）SCU-101[20]；（b）SCU-100[21]；（c）1-NO3[22]；（d）SCU-8[23]；（e）CAU-17[24]；（f）1-SO4[25]
吉林大学博士学位论文相互作用，从而可增强该材料对含氧酸根离子及放射性阴离子的吸附效果，性能远优于其他类型MOFs材料。新型阳离子骨架MOFs材料在吸附容量、吸附速度、选择性、脱除深度等方面都具有较大的优势。图1.2阳离子骨架MOFs材料设计合成策略示意图：（a，b）直接合成策略；（c，d）后处理合成策略[33]3）阳离子骨架共价有机框架聚合物共价有机框架聚合物材料（Covalentorganicframeworks，简称COFs）是2005年由Yaghi和他的同事发现的一类多孔结晶有机材料，这类材料是由C、O、N、B等轻质元素以共价键连接而构建，经热力学控制的可逆聚合形成的一类有序多孔骨架结构的晶态材料[34]。这类材料骨架之间有很强的共价作用力，因此具有很多优异的特性，例如高比表面积、高热稳定性、有序孔结构、结晶性、结构多样化。同时，由于这类材料只有轻质元素以共价键连接而构成，因此有较低的重量密度。由于COFs材料的上述特性，其在气体储存、气体分离、催化、电子器件等领域均展现出良好的应用前景[35-39]。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的马和平等人首次开发了一种具有良好热稳定和化学稳定性的阳离子骨架COFs材料，命名为EB-COF:x（X=F,Cl,Br,I），并通过简单的离子交换制备了一系列带电COFs，同时在纳米尺度上实现了阳离子骨架孔隙和孔尺寸的精细调
有极高的酸稳定性以及耐β射线和γ射线能力，同时对99TcO4-具有较大的吸附容量和快速的吸附动力学性质。此外，通过将放射实验与分子动力学模拟研究相结合，作者进一步阐明了该材料的阴离子交换机制以及对99TcO4-的吸附选择性[41]。南开大学达虹鞠等人以2,5-二羟基对苯二甲醛和三氨基胍为原料，设计并合成了一种具有阳离子骨架结构的共价有机纳米片（命名为iCON，见图1.3c），该阳离子骨架具有良好的水解稳定性，在3-12的pH值范围内对ReO4-均展现了较强的吸附性能，有望从核废料中有效去除放射性99TcO4-[42]。图1.33种典型的阳离子骨架共价有机骨架聚合物结构图：（a）EB-COF[40]；（b）SCU-COF-1[41]；（c）iCON[42]4）阳离子骨架有机聚合物：99Tc，是一种长寿命的放射性核素，其半衰期长达2.13×10^5年。99Tc在水体中主要以TcO4-含氧酸根离子形式存在，具有溶解能力强，迁移速度快，无法被天然矿物有效阻滞的特点[43]。目前，从强酸性、高辐射、存在大量竞争离子的核废液中吸附脱除TcO4-仍然具有很大的挑战性[44]。为解决上述技术难题，苏州大学王殳凹课题组通过四（1-咪唑苯基）乙烯与α,α-二溴对二甲苯合成了一类全新的耐酸、耐辐照的共价有机阳离子聚合物材料，命名为SCU-CPN-1（SCU=SoochowUniversity；CPN=CationicPolymericNetwork）（见图1.4）[45]。该类材料合成步骤简单，收率高，且对TcO4-/ReO4-的脱除具有以下显著优点：1）吸附速度极快，在30s内即可实现近乎全部脱除TcO4-；2）吸附容量大，对ReO4-的饱和吸附容量高达999mg/g，远高于目前已知的其它所
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波场下水滑石的快速合成及制备[J]. 贺鹤鸣,蒋大振,孙铁. 高等学校化学学报. 1992(11)
博士论文
[1]基于3D打印技术构筑多级结构型体分子筛及其在骨组织工程、气体分离的应用研究[D]. 王双.吉林大学 2019
[2]新型阳离子骨架材料高效去除放射性阴离子污染物及其机理研究[D]. 朱琳.苏州大学 2018
本文编号：3104339
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
几种典型的阳离子骨架MOFs材料结构图：（a）SCU-101[20]；（b）SCU-100[21]；（c）1-NO3[22]；（d）SCU-8[23]；（e）CAU-17[24]；（f）1-SO4[25]
吉林大学博士学位论文相互作用，从而可增强该材料对含氧酸根离子及放射性阴离子的吸附效果，性能远优于其他类型MOFs材料。新型阳离子骨架MOFs材料在吸附容量、吸附速度、选择性、脱除深度等方面都具有较大的优势。图1.2阳离子骨架MOFs材料设计合成策略示意图：（a，b）直接合成策略；（c，d）后处理合成策略[33]3）阳离子骨架共价有机框架聚合物共价有机框架聚合物材料（Covalentorganicframeworks，简称COFs）是2005年由Yaghi和他的同事发现的一类多孔结晶有机材料，这类材料是由C、O、N、B等轻质元素以共价键连接而构建，经热力学控制的可逆聚合形成的一类有序多孔骨架结构的晶态材料[34]。这类材料骨架之间有很强的共价作用力，因此具有很多优异的特性，例如高比表面积、高热稳定性、有序孔结构、结晶性、结构多样化。同时，由于这类材料只有轻质元素以共价键连接而构成，因此有较低的重量密度。由于COFs材料的上述特性，其在气体储存、气体分离、催化、电子器件等领域均展现出良好的应用前景[35-39]。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的马和平等人首次开发了一种具有良好热稳定和化学稳定性的阳离子骨架COFs材料，命名为EB-COF:x（X=F,Cl,Br,I），并通过简单的离子交换制备了一系列带电COFs，同时在纳米尺度上实现了阳离子骨架孔隙和孔尺寸的精细调
有极高的酸稳定性以及耐β射线和γ射线能力，同时对99TcO4-具有较大的吸附容量和快速的吸附动力学性质。此外，通过将放射实验与分子动力学模拟研究相结合，作者进一步阐明了该材料的阴离子交换机制以及对99TcO4-的吸附选择性[41]。南开大学达虹鞠等人以2,5-二羟基对苯二甲醛和三氨基胍为原料，设计并合成了一种具有阳离子骨架结构的共价有机纳米片（命名为iCON，见图1.3c），该阳离子骨架具有良好的水解稳定性，在3-12的pH值范围内对ReO4-均展现了较强的吸附性能，有望从核废料中有效去除放射性99TcO4-[42]。图1.33种典型的阳离子骨架共价有机骨架聚合物结构图：（a）EB-COF[40]；（b）SCU-COF-1[41]；（c）iCON[42]4）阳离子骨架有机聚合物：99Tc，是一种长寿命的放射性核素，其半衰期长达2.13×10^5年。99Tc在水体中主要以TcO4-含氧酸根离子形式存在，具有溶解能力强，迁移速度快，无法被天然矿物有效阻滞的特点[43]。目前，从强酸性、高辐射、存在大量竞争离子的核废液中吸附脱除TcO4-仍然具有很大的挑战性[44]。为解决上述技术难题，苏州大学王殳凹课题组通过四（1-咪唑苯基）乙烯与α,α-二溴对二甲苯合成了一类全新的耐酸、耐辐照的共价有机阳离子聚合物材料，命名为SCU-CPN-1（SCU=SoochowUniversity；CPN=CationicPolymericNetwork）（见图1.4）[45]。该类材料合成步骤简单，收率高，且对TcO4-/ReO4-的脱除具有以下显著优点：1）吸附速度极快，在30s内即可实现近乎全部脱除TcO4-；2）吸附容量大，对ReO4-的饱和吸附容量高达999mg/g，远高于目前已知的其它所
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波场下水滑石的快速合成及制备[J]. 贺鹤鸣,蒋大振,孙铁. 高等学校化学学报. 1992(11)
博士论文
[1]基于3D打印技术构筑多级结构型体分子筛及其在骨组织工程、气体分离的应用研究[D]. 王双.吉林大学 2019
[2]新型阳离子骨架材料高效去除放射性阴离子污染物及其机理研究[D]. 朱琳.苏州大学 2018
本文编号：3104339
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