[发明专利]一种有机膦酸钛晶态多孔材料及其制备方法和过滤柱应用

说明书

本发明公开了一种有机膦酸钛晶态多孔材料及其制备方法和过滤柱应用。制备的有机膦酸钛晶态多孔材料利用离子热法合成，制备方法具体包括：将有机膦酸配体与钛盐和离子液体混合后放入反应釜中，加入氢氟酸溶液，加热反应后，进行洗涤和干燥获得所述产物；本发明制备的材料化学性质稳定，特别是在酸性条件下稳定，易于在酸性条件下对铀酰进行吸附，在核工业中乏燃料的后处理发展中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种有机膦酸钛晶态多孔材料及其制备方法和过滤柱应用。

背景技术

金属有机框架材料(MOFs)通过金属节点或者金属团簇与有机配体通过自组装相连构成二维或三维多孔晶态材料。由于其具有内部孔隙以及配体易后修饰等特点，金属有机框架材料在众多研究领域表现出已有或者潜在的应用前景，特别是在吸附领域中，由于该类材料合成路径短、稳定性高而受到广泛关注。

金属有机框架材料的合成方法有很多，目前主要以水热法为主，通过将配体和金属盐按照一定摩尔比加入至反应釜中，水作为中间媒介，部分晶态多孔材料需加一定量的酸作为矿化剂，在一定温度下进行高温高压反应，获得晶态材料。Christian Serre等人通过水热法成功地合成出膦酸钛晶体MIL-91。该合成方法通过使用四氯化钛与浓盐酸反应生成TiO₂·H₂O，再进一步通过水热法合成一维链状无机单元晶态多孔材料。然而，一方面由于作为钛源的四氯化钛价格过高，另一方面，由于钛遇水之后易发生水解作用，导致该方法不具有普适性。Gerard等人使用溶剂热法成功地合成羧酸钛晶体MIL-125。该合成方法通过将有机配体和异丙醇钛混合，合成出第一例羧酸钛晶态多孔材料，同时加入的有机溶剂可以有效的避免钛的水解。然而，该方法使用的有机溶剂具有毒性，不适合批量生产。

另外，随着核能的快速发展，同时不可避免地造成大量放射性核素释放到环境中,给环境和人类健康造成重大危害。其中乏燃料后处理中如何处理²³⁸U长寿命放射性核素是关键，在过去的几十年中，有吸附法、电渗析法、化学沉淀法、蒸发回收、萃取法等应用于放射性废水中核素的高效去除，吸附法由于操作简单、成本低、可以大规模使用等优点得到了广泛的应用。目前的吸附材料比如氧化物、纳米零价铁、活性炭、羧酸类金属框架材料已经被广泛应用于放射性核素的高效去除，但是目前这些材料都无法在酸性条件下对铀酰进行吸附，导致在吸附前需要使用大量的碱性溶液对铀酰废液进行中合，这无疑给乏燃料的后处理过程带来了多余的能耗和资源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过离子热法合成有机膦酸钛晶态多孔材料的制备方法，同时为膦酸钛晶态多孔材料合成领域提供一种新的思路。

本发明的另一目的在于提供一种有机膦酸钛晶态多孔材料在酸性条件下对铀酰吸附的应用，可将该有机膦酸钛晶态多孔材料作为吸附柱的填充材料，对于酸性条件下对铀酰进行吸附。

一种有机膦酸钛晶态多孔材料的制备方法，所述方法具体包括以下步骤：

(1)将有机膦酸配体加入至反应釜中；

(2)将钛盐加入至反应釜中

(3)将适量的离子液体加入至反应釜内；

(4)加入适量的氢氟酸溶液；

(5)将上述混合物进行加热反应；

(6)充分洗涤去除絮状物，室温下干燥，获得产品。

进一步的，步骤(1)中所述的配体为1，3，5，7-四(4-膦酰基苯基)金刚烷，钛盐为硫酸氧钛-硫酸水合物，1，3，5，7-四(4-膦酰基苯基)金刚烷与硫酸氧钛-硫酸水合物按照摩尔比1:2.5的比例添加。