[发明专利]一种有机功能材料及其制备方法和在碘吸附中的应用

说明书

本发明属于有机功能材料的合成和应用领域，具体为一种基于柠嗪酸和胞嘧啶自组装作用形成的有机功能材料的合成方法及其应用。本发明采用柠嗪酸和胞嘧啶作为原料，具体步骤包括:研磨一定比例的柠嗪酸和胞嘧啶固体；将研磨好的混合物加入一定比例的乙腈和水混合溶液超声数秒，自然晾干，即得到有机功能材料。本发明方法中，材料合成方法简单、易操作，合成的材料骨架中富集的π电子及材料本身较大的孔径使其能吸附空气和有机溶剂中的碘分子，为核废料污染中的辐射碘吸附提供了方法。

技术领域

本发明属于有机功能材料技术领域，具体涉及一种有机功能材料及其制备方法和在碘吸附中的应用。

背景技术

碘广泛应用于生物科学、环境化学、功能材料等领域。¹²⁹I是一种放射性元素，具有很长的半衰期（约10⁷年）和较高挥发性。核废料中的¹²⁹I的排放会带来严重的环境污染，并且对人体代谢过程产生巨大影响。因此，有效地捕获和储存放射性碘对人类的健康和可持续发展具有重要的意义。目前，常用的分子碘吸附剂有沸石、活性炭和金属有机骨架材料（MOFs）^[1]。沸石和活性炭吸附能力低，而MOFs材料合成繁琐、耗时且成本高。最近，Sarkar等人^[2]合成一种新的水凝胶，他们采用一定比例的柠嗪酸和三聚氰胺在乙腈-水混合溶液体系超声数秒，立即形成一种新的凝胶。合成的超分子水凝胶可以捕获气体碘分子和己烷溶液中的碘分子，但捕获碘的能力有待进一步提高。

本发明采用柠嗪酸（CA，例如按CN201810129627.5制备）和生物相容性更好的胞嘧啶（CY）在先研磨后超声方法的结合下，快速地合成了具有分子砖块结构的有机功能材料（CACY）。合成的CACY中富集的π电子使材料对于气体和液体分子碘都有较高的捕获能力。材料中的大孔结构也便于碘的自由进出，可以实现气态碘的回收循环吸附。

参考文献：

[1]BJ Riley, JD Vienna, DM Strachan, JS McCloy,J L.JerdenJr, Journal of NuclearMaterials,2016(470):307-326.

[2]S Sarkar, S Dutta, C Ray, B Dutta, J Chowdhury,TPal, CrystEngComm,2015,(17):8119-8129。

发明内容

本发明的目的提供一种简单快速、绿色、易操作的有机功能材料及其制备方法和在碘吸附中的应用。

本发明首先提供有机功能材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）按摩尔比称取柠嗪酸和胞嘧啶固体，置于玛瑙研钵中研磨20-40 min，直至两者彻底混合均匀；

（2）将上述混合物置于5ml带盖玻璃瓶内，同时加入一定体积的乙腈-水混合溶液，超声5-10秒；自然晾干，即得所述有机功能材料，记为CACY；其中，混合物与混合溶液按质量体积比计，为1%-15%（g·mL^-1）。

本发明步骤（1）中，柠嗪酸和胞嘧啶的摩尔比优选1:2~2:1。

本发明步骤（2）中，乙腈-水混合溶液中，水的体积分数为0~10%，优选体积分数为1~6%。

本发明通过柠嗪酸和胞嘧啶之间非共价键作用（氢键或π-π堆积）自组装形成有机功能材料。

本发明制备的有机功能材料分子骨架中富含π电子且分子孔径大，作为碘吸附剂，其吸附容量大，便于碘分子的自由出入。吸附剂在室温条件吸附气体碘分子，其饱和存储容量为1.2-1.3 g g^-1；对于碘的己烷溶液，碘的移除率达到50%-70%。