[发明专利]一种金属-有机骨架功能化材料的应用

说明书

一种金属‑有机骨架功能化材料的应用，属于水处理的技术领域。通过对金属有机骨架材料进行预修饰和后改性，可以在材料的有机配体或无机金属簇上引入一系列不同官能团，其作为吸附剂，用于核废料中放射性离子的脱除。含有硫酸根和磺酸根的金属有机骨架材料对¹³³Ba²⁺有较好的吸附效果，脱除率最高可达到99.9％且可以5分钟内达到吸附平衡。功能化后的金属有机骨架材料为核废料中¹³³Ba²⁺的脱除提供了简单易行、高效快捷的新方法，在核污染治理方面有着重要的工业应用价值。

技术领域

本发明涉及一种金属骨料的新用途，采取一种对金属有机骨架材料进行预修饰和后改性的方法，用于核废料中放射性离子的脱除，属于水处理的技术领域。

背景技术

自19世纪末发现X射线和镭元素以来，核科学技术一直在不断地发展成熟，已逐渐应用于军事、能源、工业、农业、医学及其他领域中。放射性元素存在于核能材料和辐射源中，在社会发展中发挥了重要作用。然而，在核技术的开发利用过程中，不可避免地产生放射性废水，尤其随着我国核电事业的发展，放射性废水的产生量将不断增加，废水未经处理排放到外界环境中会对人类和自然产生巨大危害。如何有效的处理放射性废水成为一个迫切需要解决的问题。2011年强烈地震导致日本“福岛”核电站放射性物质泄漏并产生了大量的带有放射性元素的核废水，这对人身体健康构成了严重威胁。目前处理核废料中放射性离子的方法包括化学沉淀法、吸附法、离子交换法、膜分离法等，其中吸附法操作简便、成本低廉，被认为是一种常用的核废水处理方法。因此，开发利用吸附容量高、吸附速率快、操作简单、成本低廉的吸附剂具有重要意义。

金属-有机骨架材料是通过无机金属离子或簇与有机配体经过化学自组装形成的晶态三维骨架材料。由于MOF材料具有较高的比表面积和孔隙率，可调控的孔道尺寸的化学特性，其在包括气体存贮、吸附分离、多相催化、化学传感、药物控释等方面表现了良好的潜在应用前景。然而，迄今为止，将金属有机骨架材料用于核废料中放射性离子的脱除还鲜有人报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属-有机骨架功能化材料的新用途，用于核废料中放射性离子脱除的新方法，通过进行预修饰和后改性，在金属有机骨架材料的无机簇或有机配体上引入-SO₄、-SO₃H、-SH、-NH₂、-PO₄、-COOH、-CHO、-C＝C、-N＝N、-OH等多种官能团，用于核废料中放射性离子如¹³³Ba²⁺的脱除。该种材料具有吸附量高，吸附速率快，脱除率高等特点，可以广泛用于核废水处理领域。

本发明的一种金属-有机骨架功能化材料的用途，所述的金属-有机骨架功能化材料是在金属-有机骨架材料的无机簇或/和有机配体上引入功能化基团，所述功能化基团为-SO₄、-SO₃H、-SH、-NH₂、-PO₄、-COOH、-CHO、-C＝C、-N＝N或-OH等多种官能团中的一种或几种；金属-有机骨架功能化材料作为吸附剂，用于核废料中放射性离子的脱除。

尤其用于放射性离子¹³³Ba²⁺的吸附。

本发明上述所述的金属-有机骨架功能化材料的制备方法包括预设计和后合成修饰改性两种。

本发明的金属-有机骨架功能化材料的预设计制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)预先合成带有功能化基团的有机配体，将带有功能化基团的有机配体、金属离子化合物和调节剂溶解于溶剂中，混合液置于聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜或玻璃耐压瓶中，在0～220℃的自生压力下反应，反应时间优选不超过7天；

(2)将步骤(1)所得混合液经过滤或离心得到固体沉淀，用适当溶剂对固体沉淀进行反复多次洗涤，以去除孔道内残留的原料和杂质；