偶氮型光敏MOFs材料對鈾的吸附及光控釋放研究.pdf

1、金屬有機骨架配合物(MOFs)有著比表面積大、孔隙率高、化學(xué)結(jié)構(gòu)及孔徑可調(diào)性、化學(xué)可修飾性等優(yōu)點，目前該類材料已成功應(yīng)用于氣體吸附領(lǐng)域，但在放射性核素吸附方面極少報道。本文采用偶氮苯-4,4’-二羧酸為配體，結(jié)合不同鏈長的酰胺成功合成了官能團相同但碳骨架鏈長不同的三種偶氮型光敏MOFs材料，并將其作為吸附劑進行了放射性鈾離子的吸附性研究，其主要工作如下：
　　(1)選偶氮苯-4,4’-二羧酸與硝酸鋅為原料，結(jié)合N,N’-二（3-氨

2、基吡啶）-對苯二甲酰胺、N,N’-二（3-氨基吡啶）-1,4-萘二甲酰胺、1,2-二（4-吡啶基）乙烯三種酰胺配體，采用水熱法制得骨架鏈長不同的三種偶氮型光敏 MOFs材料并依次命名為azo-MOFs-1、azo-MOFs-2、azo-MOFs-3。通過單晶衍射儀（SCXRD）、掃描式電子顯微鏡（SEM）、能譜儀（EDS）、X射線粉末衍射（XRD）、熱重（TG）及傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR）等表征手段對其進行表征，驗證了三種偶氮型光

3、敏 MOFs材料的結(jié)構(gòu)。
　　(2)采用靜態(tài)吸附法研究azo-MOFs-1、azo-MOFs-2、azo-MOFs-3對放射性鈾元素的吸附行為，得到三種材料的平衡吸附量依次為：186.92 mg/g、283.26 mg/g和366.41 mg/g，得出MOFs骨架鏈長影響材料對鈾的吸附效果，其中azo-MOFs-3有著最優(yōu)的鈾吸附結(jié)構(gòu)構(gòu)型。選擇擬一級動力學(xué)、擬二級動力學(xué)和液膜擴散模型動力學(xué)模型對其進行動力學(xué)研究，得出azo-MOF

4、s-1、azo-MOFs-2、azo-MOFs-3對鈾的吸附行為均屬于化學(xué)吸附為主、摻雜物理吸附的吸附過程。利用Langmuir和Freundlich等溫吸附模型對其吸附行為進行研究，得出azo-MOFs-1、azo-MOFs-2、azo-MOFs-3對鈾的吸附行為均為單層均勻吸附；利用熱力學(xué)、活化能等模擬公式進行行為驗證，得出三種吸附反應(yīng)均為化學(xué)吸熱反應(yīng)。通過觀察吸附鈾前后材料紅外光譜的譜圖變化，得出三種材料吸附鈾的有效化學(xué)吸附位點均

5、為C=O鍵及偶氮雙鍵所在位置。
　　(3)在光敏性解吸實驗中，利用0.1M HNO3、0.1M HCl、蒸餾水三種解析液在紫外光和暗光不同環(huán)境下對azo-MOFs-1、azo-MOFs-2、azo-MOFs-3進行解析對比分析研究，發(fā)現(xiàn)不同的材料對解析液的選擇效果不同：azo-MOFs-1以0.1M HNO3解吸效果最佳（R=70.23%），且光敏性效果最好（△R=24.63%）；azo-MOFs-2以0.1M HCl解吸效果最佳

6、（R=71.56%），且具有光敏性效果（△R≈14.38%）；azo-MOFs-3以0.1M HCl解吸效果最佳（R=59.56%），且光敏性效果最好（△R=11.14%）。
　　(4)在 azo-MOFs-1、azo-MOFs-2、azo-MOFs-3樣品實際應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)：azo-MOFs-1材料對天山鈾礦原液的吸附達136 mg/g，對模擬海水中鈾提取可達94.01%；azo-MOFs-2材料對天山鈾礦原液的吸附達133.2