一种有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料及其制备方法和应用，属于功能材料领域。本发明专利技术提供的制备方法，包括以下步骤：将多孔芳香骨架材料和氯化铝在第一溶剂中混合，进行修饰反应，得到修饰反应产物；将所述修饰反应产物、氢化钠和羧基化合物在第二溶剂中混合，进行羧基化反应，得到羧基多孔芳香骨架材料；将所述羧基多孔芳香骨架材料和铀配合物在第三溶剂中混合，进行配位反应，得到分子印迹型多孔芳香骨架材料；将所述分子印迹型多孔芳香骨架材料和有机芳炔在第四溶剂中混合，进行热聚合反应后，洗涤，得到有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料。本发明专利技术制得的复合材料对铀离子具有高吸附量、高选择性的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及功能材料领域，尤其涉及一种有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
铀元素是核电体系中的主要成分，伴随着全球性核电的快速增长，陆地上的铀矿资源很难满足人们的要求。海水中铀的含量高达45亿吨，其存量是陆地上铀矿的数百倍。因此开发出一种高效的从海水中提取铀的方法具有非常重要的意义。此外，从海水中提取铀元素将极大程度降低传统陆基提取铀资源中的成本、能耗和对环境的影响，能够有效地提高工业生产效益，并且满足人类越来越多的铀需求。然而，虽然海水中的铀资源很多，但考虑到海水中的铀离子浓度极低(约为～3.3ppb)和海水的高盐度，采用传统方法难以有效的从海水中提取铀离子。因此，开发和制备经济有效的吸附材料和改进提取方法是海水提铀技术的关键。目前，人们研究了多种多样的吸附材料对铀离子进行提取，例如活性炭、无机磷酸盐、离子液体、离子交换树脂和碳纳米管等，虽然性能有了很大的提升，但是在海水中的吸附效果仍然并不理想，吸附量仅为4.5mg/g，并且广泛采用的传统物理吸附的方法具有吸附速率慢和吸附量低的技术缺陷，这极大的限制了吸附材料的实际应用。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的制备方法制得的有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料具有吸附量大，对铀离子具有高选择性的特点，能够高效地提取海水等含铀离子溶液中的铀离子。为了实现上述技术问题，本专利技术提供了以下技术方案。本专利技术提供了一种有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料的制备方法，包括以下步骤：将多孔芳香骨架材料和氯化铝在第一溶剂中混合，进行修饰反应，得到修饰反应产物；将所述修饰反应产物、氢化钠和羧基化合物在第二溶剂中混合，进行羧基化反应，得到羧基多孔芳香骨架材料；将所述羧基多孔芳香骨架材料和铀配合物在第三溶剂中混合，进行配位反应，得到分子印迹型多孔芳香骨架材料；将所述分子印迹型多孔芳香骨架材料和有机芳炔在第四溶剂中混合，进行热聚合反应后，洗涤，得到有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料。优选地，所述羧基化合物包括二溴丁二酸、2-溴丁酸、2-溴丙酸或溴丙二酸二甲酯。优选地，所述羧基化反应的温度为0～60℃，时间为1～12h。优选地，所述铀配合物为铀-水杨醛肟配合物。优选地，所述配位反应的温度为20～80℃，时间为3～24h。优选地，所述有机芳炔包括聚苯乙炔、二苯乙炔、3-氯苯乙炔或3-乙炔苯胺。优选地，所述热聚合反应的温度为100～160℃，时间为1～24h。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料，所述有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料中有机芳炔的掺杂量为5～45wt％，比表面积为50～500m2·g-1。本专利技术还提供了上述技术方案所述的有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料在提取含铀离子溶液中的铀离子的应用。优选地，所述应用包括以下步骤：将所述有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料作为阴极，在交流电化学辅助条件下，提取含铀离子溶液中的铀离子。本专利技术提供了一种有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料(MIPAF)的制备方法，包括以下步骤：将多孔芳香骨架材料和氯化铝在第一溶剂中混合，进行修饰反应，得到修饰反应产物；将所述修饰反应产物、氢化钠和羧基化合物在第二溶剂中混合，进行羧基化反应，得到羧基多孔芳香骨架材料；将所述羧基多孔芳香骨架材料和铀配合物在第三溶剂中混合，进行配位反应，得到分子印迹型多孔芳香骨架材料；将所述分子印迹型多孔芳香骨架材料和有机芳炔在第四溶剂中混合，进行热聚合反应后，洗涤，得到有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料。本专利技术通过对多孔芳香骨架材料进行修饰反应、羧基化反应和配位反应，通过靶向修饰，有效地提高分子印迹型多孔芳香骨架材料对铀离子的选择性；进一步通过热聚合反应，在分子印迹型多孔芳香骨架材料中掺杂具有导电性的有机芳炔，使有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料在交流电化学辅助下加快对铀离子的吸附速率，增大吸附量。实施例结果表明，本专利技术制得的有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料对铀离子的吸附量最高可达307mg·g-1，对不同含铀溶液都具有明显的吸附效果，在海水中浸泡56天后的对铀离子的吸附量可达13.5mg·g-1，与传统的物理化学吸附法相比，本专利技术制得的有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料对铀离子的提取能力提升了2.5倍，提取速度提升了4倍。进一步地，本专利技术提供了一种提取含铀离子溶液中的铀离子的方法，本专利技术将有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料作为阴极，通过采用交流电化学法(ACE)，引导含铀离子溶液中铀离子的迁移，增加了铀离子与有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料接触的概率，同时利用交流电避免在吸附过程中，溶液中含有的其他杂离子的竞争吸附或因水电解而引发的副作用，加快了有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料对铀离子的吸附速率，增大了吸附量。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为实施例1制得的MIPAF的红外谱图；图2为实施例1制得的多孔芳香骨架材料和MIPAF的扫描电镜图，其中，a为多孔芳香骨架材料在标尺为1.00μm下的扫描电镜图，b为多孔芳香骨架材料在标尺为2.00μm下的扫描电镜图，c和e分别为MIPAF在标尺为2.00μm下的扫描电镜图，d和f分别为MIPAF在标尺为1.00μm下的扫描电镜图；图3为实施例1制得的MIPAF的透射电镜图；图4为实施例1制得的MIPAF在海水中吸附-脱附10次后的红外谱图；图5为实施例1制得的MIPAF的热重谱图；图6为实施例1制得的MIPAF的氮气吸附曲线图；图7为实施例1制得的MIPAF的金属离子吸附选择性柱状图；图8为实施例1制得的MIPAF对铀离子的吸附量随时间变化曲线图；图9为实施例1制得的MIPAF在海水中提取铀离子的吸附曲线图。具体实施方式本专利技术提供了一种有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料的制备方法，包括以下步骤：将多孔芳香骨架材料和氯化铝在第一溶剂中混合，进行修饰反应，得到修饰反应产物；将所述修饰反应产物、氢化钠和羧基化合物在第二溶剂中混合，进行羧基化反应，得到羧基多孔芳香骨架材料；将所述羧基多孔芳香骨架材料和铀配合物在第三溶剂中混合，进行配位反应，得到分子印迹型多孔芳香骨架材料；将所述分子印迹型多孔芳香骨架材料和有机芳炔在第四溶剂中混合，进行热聚合反应后，洗涤，得到有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料。在本专利技术中，若无特殊说明，所采用原料均为本领域常规市售产品。本专利技术将多孔芳香骨架材料和氯化铝在第一溶剂中混合，进行修饰反应，得到修饰反应产物。在本专利技术中，所述多孔芳香骨架材料优选由包括以下步骤的方法制备得到：将芳香族化合物、催化剂、1,5-环辛二烯和有机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将多孔芳香骨架材料和氯化铝在第一溶剂中混合，进行修饰反应，得到修饰反应产物；/n将所述修饰反应产物、氢化钠和羧基化合物在第二溶剂中混合，进行羧基化反应，得到羧基多孔芳香骨架材料；/n将所述羧基多孔芳香骨架材料和铀配合物在第三溶剂中混合，进行配位反应，得到分子印迹型多孔芳香骨架材料；/n将所述分子印迹型多孔芳香骨架材料和有机芳炔在第四溶剂中混合，进行热聚合反应后，洗涤，得到有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将多孔芳香骨架材料和氯化铝在第一溶剂中混合，进行修饰反应，得到修饰反应产物；
将所述修饰反应产物、氢化钠和羧基化合物在第二溶剂中混合，进行羧基化反应，得到羧基多孔芳香骨架材料；
将所述羧基多孔芳香骨架材料和铀配合物在第三溶剂中混合，进行配位反应，得到分子印迹型多孔芳香骨架材料；
将所述分子印迹型多孔芳香骨架材料和有机芳炔在第四溶剂中混合，进行热聚合反应后，洗涤，得到有机芳炔掺杂多孔芳香骨架复合材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述羧基化合物包括二溴丁二酸、2-溴丁酸、2-溴丙酸或溴丙二酸二甲酯。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述羧基化反应的温度为0～60℃，时间为1～12h。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铀配合物为铀-水杨醛肟配合物。

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【专利技术属性】
技术研发人员：朱广山，元野，王泽宇，杨亚杰，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22