[发明专利]用于去除碘氧阴离子的金属有机骨架

说明书

本发明提供了金属有机骨架(MOF)在从液体或液体料流中去除特定化学物种或化合物，具体地碘酸盐的氧阴离子中的用途。在一些实施例中，该MOF是基于Zr的MOF，如NU‑1000或MOF‑808。包含NU‑1000或MOF‑808的该基于Zr的MOF可以用于从工业工艺，如核电厂和化石燃料电厂中的各种液体料流或液体中去除这些氧阴离子。

技术领域

本发明和其实施例涉及从液体中去除给定化学物种。具体地，本发明和其实施例涉及具有适于从液体料流中去除如碘氧阴离子等氧阴离子的特定特性的金属有机骨架的用途。

背景技术

核公用事业面临的挑战是去除显著促进或驱动剂量、放射性废物的产生、环境废水废物问题和材料降解问题的若干杂质。类似地，基于化石的发电设施面临着以下挑战：来自烟气脱硫和洗涤器、炉边洗涤和锅炉清洗操作废水的监管排放要求的挑战以及由于煤堆径流和灰池浸出液导致的地下水修复要求的。由于与捕获和与其它杂质竞争机制相关的因素，当前技术(例如，离子交换)缺乏将这些杂质去除，以达到所需程度的能力。

最近开发的隔离介质提供了装饰在树脂主链上的有机金属配体(否则在将携带阳离子交换基团的位置中)，这些有机金属配体显著改善了去除如钴等阳离子分析物的介质。不幸的是，此类配体不能容纳主题水料流中存在的较大几何形状的如硒等氧阴离子物种。例如，离子交换和吸附技术通常用于捕获在水料流中的化学杂质。然而，这些技术有若干显著的缺点。这些技术是非特异性的(即，在一定程度上将捕获许多不同的物种)，受竞争影响(即，较高浓度的物种将占主导地位)，并且是可逆的(即，所捕获的物种将在水条件发生变化的情况下释放)。

从水料流中去除硒是备受关注的。硒是一种天然存在的元素，其在低浓度下对人类健康至关重要。然而，在所有必需元素中，硒介于膳食缺乏(40微克/天)与毒性(400微克/天)之间的范围最为有限。硒通过多种不同的来源，如农业径流、采矿、工业生产和烟气脱硫工艺进入水道。由于缺乏与毒性之间的范围较窄，因此监测和控制饮用水中生物可利用硒的量非常重要。美国环境保护署认识到硒的危害并且规定饮用水中硒的最高可接受水平为50ppb。然而，在最近的提案中，监管计划将硒排放要求降低到14ppb，并且然后再降低到10ppb，从而使得许多烟气脱硫废水净化设施目前的操作无法在没有典型的离子交换或吸附工程单元操作以外的方法的情况下达到此类纯度。

硒可以以有机和无机两种形式存在，但是如亚硒酸盐(SeO₃^2-)和硒酸盐(SeO₄^2-)等无机物种的高溶解度以及因此的生物利用度使得这些阴离子成为修复技术的主要焦点。已经探索了从水中去除亚硒酸盐和硒酸盐的许多技术，包含使用竖直流湿地和生物反应器，但高昂的启动成本和尺寸要求限制了这些技术的应用。已经研究的替代性方法涉及使用吸附介质吸收和去除不想要的无机硒。氧化铁(赤铁矿、针铁矿和水铁矿)已经被广泛研究作为水溶液中亚硒酸盐和硒酸盐的潜在吸附剂。这些基于铁的材料的表面积非常小，这意味着由于缺乏可用的吸附位点而浪费了大量材料。由于亚硒酸盐阴离子与氧化铁表面之间形成内球络合物，氧化铁也往往对亚硒酸盐去除有效，而硒酸盐去除不够充分是因为仅微弱的外球相互作用发生。

此外，在核电站的某些情况下，也可能需要从水中或水料流中去除其它氧阴离子，如废液料流或污染液体，如具有放射性氧阴离子的液体。此类其它氧阴离子包含来自与核燃料工厂相关联的水中的锑、铅和碘酸盐的氧阴离子，在一些情况下可能也是一个问题。

因此，需要一种新型技术来有效且高效地从水和其它液体料流，如其它工业水基料流或储存以供处理的一定量液体中去除特定杂质，如氧阴离子，包含硒、锑、铅、碘酸盐和其它的氧阴离子。需要此类技术在存在其它竞争物种或可能竞争去除的物种的情况下去除这些杂质，由此有效地降低用于去除的物种的去除效率。还需要此类技术以特异性用于捕获该杂质并且使任何可逆性最小化或从捕获中释放的方式去除这些杂质，由此使其具有更高的结合能。具体地，需要不同类型的结构介质来具体地解决低水平的特定物种的去除，如硒的水性氧阴离子，其中足够高的结合能以在分析物浓度降低而竞争对手浓度同时升高时维持接近不可逆的摄取。