【摘 要】
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随着社会的高速发展,化石燃料等常规能源物质带来的环境污染问题也日益严重。人们迫切需要一种更为清洁高效的能源来推动社会的发展,因此核能作为绿色能源在近年来得到高速发展。但是随着核能的发展,也存在一些关键技术问题。首先是陆地铀资源的稀缺性使得从海水中浓缩和提取铀成为影展响核能发的重大技术问题。其次,核燃料循环中产生的大量含铀废水严重破坏了社会和生态环境,这也对溶液中铀的去除和分离提出了更高的要求。MO
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随着社会的高速发展,化石燃料等常规能源物质带来的环境污染问题也日益严重。人们迫切需要一种更为清洁高效的能源来推动社会的发展,因此核能作为绿色能源在近年来得到高速发展。但是随着核能的发展,也存在一些关键技术问题。首先是陆地铀资源的稀缺性使得从海水中浓缩和提取铀成为影展响核能发的重大技术问题。其次,核燃料循环中产生的大量含铀废水严重破坏了社会和生态环境,这也对溶液中铀的去除和分离提出了更高的要求。MOFs材料由于其具有极大的比表面积,丰富的孔道结构和可设计的微观结构,在吸附分离等领域得到广泛研究。但MOFs材料多为粉末材料,且其水稳定性和化学稳定性也有待提高,严重制约的其在实际中的应用前景。另一方面,偕胺肟基由于其对铀具有良好的吸附选择性,成为溶液中铀的分离提取领域研究最为广泛官能团。目前偕胺肟基在铀吸附领域的研究多为将其合成偕胺肟纤维材料或是在常规材料上接枝偕胺肟官能团,这些方式极大的限制了偕胺肟基与铀形成更优的配位模式,相对固定的活性位点降低了偕胺肟基材料对铀的吸附效果。这里,我们提供两种将偕胺肟基材料和MOFs材料复合的方式,形成聚偕胺肟/MOFs复合材料。利用复合材料中各组分的优势,有助于推动该类复合材料在溶液中吸附分离领域的发展。主要研究内容包括:(1)偕胺肟化聚丙烯腈微球原位生长ZIF-8用于溶液中铀的吸附研究我们报道了ZIF-8在偕胺肟化聚丙烯腈(PAO)多孔材料上的原位生长。多孔材料是通过溶剂诱导相分离法合成的具有一定机械强度的微球。ZIF-8纳米晶体生长良好且均匀分布在PAO微球中,形成复合材料ZIF-8/PAO,ZIF-8/PAO具有高比表面积(386m~2 g-1)和丰富的孔结构。吸附实验中,ZIF-8/PAO在p H=4时的最高吸附量达到803mg g-1。此外,还进行了竞争吸附实验和模拟海水实验。在3μg L-1时,对铀的选择性很好(Kd=1.7×10~5 m L g-1),铀的吸附率达到99%。XPS分析表明,在ZIF-8/PAO中,U(VI)被咪唑-N原子和偕胺肟基螯合。因此,ZIF-8/PAO可以被认为是从废水和海水中提取铀的非常有前景的吸附剂材料。(2)MIL-101封装短链聚偕胺肟用于溶液中铀的高效吸附铀吸附剂的分子水平设计和构建对于从溶液中富集和回收铀至关重要。因此,我们提出了一种原位功能化策略,将短链聚偕胺肟(PAO)封装在MIL-101的孔中,以增强铀的吸附。新引入的短链PAO作为铀配位的柔性位点将显著增强吸附性能。优化后的MIL-101-PAO在p H=8.0时的最大吸附量为819 mg g-1,在共存离子浓度为1.0×10-4mol L-1时的优良吸附率为95.3%。XPS结果表明,短链PAO的氨基和肟基有利于与铀酰离子形成配位。该策略可以进一步扩展到其他铀浓缩和分离材料的多孔材料。
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