阴离子交换吸附海水中U(VI)离子的MOFs材料制备及机理研究

Nuclear power has become one of the important energy. Uranium is the main raw material for nuclear power. At present, uranium resources in land is relatively poor, but it's rich in seawater. Therefore,It is important for the sustainable development that uranium is extracted from seawater .Uranium in seawater is mainly {UO2 (CO3) 3} 4- form because of seawater 's alkaline.The adsorption of uranium is mainly through cation exchange or by complexation (weak) adsorption UO2 2+ in the literature. These principles don’t help the extraction of {UO2 (CO3 )3}4- with high efficiency , high selection from seawater. Metal-Organic Framework materials filled with anion, will be designed and prepared with different ligand. The capacity of anions and uranium exchange in alkaline solution or seawater will be investigated. The structure of material which adsorb in uranium will be investigated and the adsorption mechanism of uranium will be revealed.A new way to extract uranium from alkaline solution or seawater is founded.

核电已经成为当前的主要能源之一，其中铀是核电的主要原料。目前,陆地铀资源比较贫乏，而海水中富含铀。因此，从可持续发展来说，研究铀的提取特别是海水中提铀具有重要意义。海水呈弱碱性，铀主要以三碳酸铀铣络离子{UO2 (CO3 )3}4-形式存在。而当前铀吸附研究主要是通过阳离子交换或通过配位作用（弱）吸附铀UO2 2+，从原理上讲这不利于高效、高选择地从海水提取铀阴离子。本项目设计制备不同配位体的含阴离子填充的金属-有机框架材料，考察框架网格材料中阴离子与碱性溶液或海水中铀的交换能力；探讨材料组成、结构对铀吸附的影响，揭示此类材料吸附铀的机理；指出一条碱性条件或海水中提铀的新方法。

海洋蕴含铀资源丰富，但大部分海水呈弱碱性，所含成分复杂。因而如何排除复杂的基质干扰，提取海水中的痕量铀成为了研究重点。.本项目研究了用金属钴离子、吡啶类配体（4,4′-联吡啶、1,4-双吡啶-苯、1,2-双吡啶-乙烯）、乙二磺酸根离子合成了三种结构相似的含阴离子填充的阳离子骨架金属框架-网格材料。单晶衍射显示它们结构相似。以阳离子骨架-I为类，其金属钴中心六配位，由两个联吡啶氮原子和四个配位水分子构成。通过联吡啶配体，钴离子中心被桥联成一维链结构。由于联吡啶配体不带电荷，因此联吡啶配体与金属离子构建的三维堆积结构具有阳离子骨架特征，其补充电荷来自填充的有机磺酸根阴离子。.铀吸附实验表明在pH=9碱性铀溶液中材料最大吸附铀容量达到118mg/g，在直接海水中铀吸附容量为1.03 mg/g。吸附动力学实验显示材料吸附铀平衡时间为4小时，符合拟二阶动力学模型，属于化学吸附。同时材料对铀的吸附选择性好，在100 ppm铀溶液中，材料的铀吸附为89 mg/g，而在铬酸根存在下为72 mg/g，在氯离子存在下为83 mg/g。.PXRD, IR, EDS, XPS表征说明材料的铀吸附机理是由于乙二磺酸根离子与碳酸铀酰离子（Visual Minteq program计算表明pH=9碱性铀溶液中[UO2(CO3)3]4-占优势）发生离子交换。.本项目建立了一条海水提铀的有效策略。