偶氮型光敏MOFs材料對(duì)鈾的吸附及光控釋放研究.pdf

1、金屬有機(jī)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(diǎn)，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(bào)道。本文采用偶氮苯-4,4’-二羧酸為配體，結(jié)合不同鏈長(zhǎng)的酰胺成功合成了官能團(tuán)相同但碳骨架鏈長(zhǎng)不同的三種偶氮型光敏MOFs材料，并將其作為吸附劑進(jìn)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(duì)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(zhǎng)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(duì)其進(jìn)行表征，驗(yàn)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(duì)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(zhǎng)影響材料對(duì)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(jí)動(dòng)力學(xué)、擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)和液膜擴(kuò)散模型動(dòng)力學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究，得出azo-MOF

4、s-1、azo-MOFs-2、azo-MOFs-3對(duì)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(duì)其吸附行為進(jìn)行研究，得出azo-MOFs-1、azo-MOFs-2、azo-MOFs-3對(duì)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(jìn)行行為驗(yàn)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(diǎn)均

5、為C=O鍵及偶氮雙鍵所在位置。
　　(3)在光敏性解吸實(shí)驗(yàn)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(duì)azo-MOFs-1、azo-MOFs-2、azo-MOFs-3進(jìn)行解析對(duì)比分析研究，發(fā)現(xiàn)不同的材料對(duì)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(shí)際應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)：azo-MOFs-1材料對(duì)天山鈾礦原液的吸附達(dá)136 mg/g，對(duì)模擬海水中鈾提取可達(dá)94.01%；azo-MOFs-2材料對(duì)天山鈾礦原液的吸附達(dá)133.2