[发明专利]一种基于萘酰亚胺基连接剂的金属有机框架的合成方法及对铀酰离子的吸附应用

说明书

本发明公开了一种基于萘酰亚胺基连接剂的金属有机框架的合成方法及对铀酰离子的吸附应用，属于环境保护技术领域。通过1,4,5,8‑萘四甲酸酐和5‑氨基水杨酸的酰胺化反应制备氮,氮‑2(2‑羟基‑5‑氨基苯甲酸)‑1,4,5,8‑萘四羧酸酰亚胺(H₄NDISA)，将其与Ca²⁺通过溶剂热反应合成金属有机框架材料Ca‑MOF。本发明方法制备的Ca‑MOF为一维多孔结构，且含有大量的羰基和羟基官能团，亲水性好，是一种新型捕获铀酰离子的高效吸附剂。

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种基于萘酰亚胺基连接剂的金属有机框架的合成方法及对铀酰离子的吸附应用。

背景技术

由于对核燃料的需求日益增长以及铀回收和核废料管理的复杂性，如何高效提取铀引起了广大关注。在矿山铀资源匮乏的情况下，为保障核能发展，各国大力开展了从海水中提取铀的工作。铀废料具有放射性和化学毒性，存在严重的环境风险，因此，开发高效的吸附平台来防止事故发生非常必要。然而，由于铀的浓度极低且与各种干扰离子共存，使得选择性地捕获铀极具挑战性。因此，设计具有高亲和力、吸附快速、吸附量高和价廉耐用的吸附剂至关重要(Q.Sun,B.Aguila,J.Perman,A.S.Ivanov,V.S.Bryantsev,L.D.Earl,C.W.Abney,L.Wojtas,S.Ma,Bio-inspired nano-traps for uranium extraction fromseawater and recovery from nuclear waste,Nat.Commun.,9(2018)1644)。金属有机框架(MOFs)是材料科学研究的前沿，孔隙率高，框架上的官能团具有可设计性，金属有机框架的内部以及表面可以按照特定的方法程序修饰特定的官能团，可以选择性地吸附目标物(L.Peng,S.Yang,S.Jawahery,S.M.Moosavi,A.J.Huckaba,M.Asgari,E.Oveisi,M.K.Nazeeruddin,B.Smit,W.L.Queen,Preserving porosity of mesoporous metal–organic frameworks through the introduction of polymer guests,J.Am.Chem.Soc.,141(2019)12397-12405)。但是ZIFs,MOF-5,MOF-74等MOFs主要应用于气体的存储与分离、催化、传感或者药物的传送(H.Furukawa,K.E.Cordova,M.O'Keeffe,O.M.Yaghi,Thechemistry and applications of metal-organic frameworks,Science,341(2013)1230444)，而对于铀酰离子的捕获少有报道。海洋中的铀储量远高于陆地，核废水中的放射性核素对环境或人类健康的危险影响，因此迫切需要物美价廉的新材料从水溶液中高效提取铀。在功能化氧化石墨烯表面生长UiO-66可用于铀吸附(P.Yang,Q.Liu,J.Liu,H.Zhang,Z.Li,R.Li,L.Liu,J.Wang,Interfacial growth of a metal–organic framework(UiO-66)on functionalized graphene oxide(GO)as a suitable seawater adsorbent forextraction of uranium(vi),Journal of Materials Chemistry A,5(2017)17933-179)，但是该方法的合成步骤复杂、成本高。综上所述，有目的性地引入特定的官能团用于捕获目标物，优化MOFs材料的性质是相当有意义的。

发明内容

本发明目的在于提供了一种基于萘酰亚胺基连接剂的金属有机框架的合成方法及对铀酰离子的吸附应用，该制备方法简单无需复杂的后修饰，制备的一维多孔金属有机框架含有大量的羰基和羟基官能团，亲水性好，可实现对铀酰离子的选择性吸附，是一种捕获铀酰离子的高效吸附剂。

本发明一方面提供了一种基于萘酰亚胺基连接剂的金属有机框架的合成方法，包括以下步骤：