【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光催化剂，具体涉及一种苯并咔唑类共价有机框架及其制备方法、和应用。
技术介绍
1、作为一种高效，清洁，低碳排放的能源，核能已经成为全球各国能源转型的重要选择之一。铀是核能的主要燃料，是一种同时具有放射性与化学毒性的核素，它在水环境中大多以易溶于水的铀酰离子(uo22+)形式存在，一旦进入环境中将会通过食物链进入人体内将对人类造成长久的危害。目前，铀的污染主要来源于铀矿的开采与核电站的运行，尤其是核燃料循环过程与核事故泄露的发生都将会产生大量的含铀废水，预防与控制铀的污染是发展核工业的前提。
2、目前，人们对于含铀(uo22+)废水的处置技术主要包括：化学沉淀法、吸附法、离子交换法、膜分离法、微生物法、蒸发浓缩法、储存衰变法、以及惰性固化法等。近年来，光催化分离提取铀酰的策略因其方法的绿色低能耗，环保高效，操作简单，去除量大等特点备受关注。该技术的特点是将易溶于水的uo22+通过加入光催化剂结合光照通过光催化途径转变为难溶于水的u种态(uo2和uo2(o2)·2h2o等)从而达到异相分离的目的。理论上讲，光照条件下，产生的激发态电子能级能满足水溶液条件下铀酰的还原电势要求即可，但在实际场景下又要考虑多种因素对光催化铀还原的影响，主要的影响因素有：催化剂的选择、不同的光照条件、电子的供体、溶液ph、铀的化学种态、光电子的迁移效率等。目前，被报道的应用于水体系中铀的光催化提取分离的光催化剂主要包括：金属无机化物，单原子金属催化剂，金属-有机化合物，共价有机聚合物，碳基纳米材料等。
3、共价有机框架
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种新的共价有机框架材料作为光催化剂应用于处理含铀废水，该共价有机框架材料为亚胺桥连的苯并咔唑共价有机框架，具有催化位点多、稳定性好和能循环利用的优点。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种苯并咔唑类共价有机框架，所述苯并咔唑类共价有机框架的化学结构式为：
3、
4、本专利技术还提供一种苯并咔唑类共价有机框架的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
5、步骤(1)、在10～25℃下，将反应原料4,4',4”,4”'-([9,9'-联咔唑]-3,3',6,6'-四基)四苯甲醛和四-(4-氨基苯)乙烯溶解于混合溶剂中并混合均匀，得到混合溶液；步骤(2)、向所述混合溶液中加入催化剂乙酸，然后经冷冻-解冻循环脱气并密封，再在120℃～150℃下反应72h～120h，得到反应液，所述反应液经后处理得到所述苯并咔唑类共价有机框架。
6、在一种具体的实施方式中，所述反应原料中4,4',4”,4”'-([9,9'-联咔唑]-3,3',6,6'-四基)四苯甲醛和四-(4-氨基苯)乙烯的摩尔比为1：(1～1.5)。
7、在一种具体的实施方式中，所述混合溶剂包括1，2-二氯苯和正丁醇，且1，2-二氯苯和正丁醇的体积比为1：(1～1.5)。
8、在一种具体的实施方式中，所述混合溶液中反应原料4,4',4”,4”'-([9,9'-联咔唑]-3,3',6,6'-四基)四苯甲醛的摩尔浓度为0.01～0.03mmol/ml，反应原料四-(4-氨基苯)乙烯的摩尔浓度为0.01～0.03mmol/ml。
9、在一种具体的实施方式中，所述乙酸的浓度为4～6mol/l，所述乙酸的体积与所述混合溶剂的体积比为1：(10～20)。
10、本专利技术还提供一种如上文所述的苯并咔唑类共价有机框架或者上文所述制备方法制备得到的苯并咔唑类共价有机框架在光催化材料中的应用。
11、本专利技术还提供一种如上文所述的苯并咔唑类共价有机框架或者上文所述制备方法制备得到的苯并咔唑类共价有机框架作为光催化剂在处理含铀废水中的应用。
12、在一种具体的实施方式中，处理含铀废水的方法包括：在可见光条件和搅拌状态下，向所述含铀废水中加入光催化剂苯并咔唑类共价有机框架和空穴特征剂甲醇以对所述含铀废水中的铀酰进行还原处理，并控制还原处理温度为10℃～25℃。
13、在一种具体的实施方式中，所述含铀废水的ph值为3～6。
14、本专利技术的有益效果至少包括：
15、一、本专利技术针对现有共价有机框材料光稳定性差、催化位点的利用率低、材料对铀酰离子的选择性差、及材料的回收利用率低的缺陷，通过结构设计将4,4',4”,4”'-([9,9'-联咔唑]-3,3',6,6'-四烷基)四苯甲醛(可作为电子供体单元)与四-(4-氨基苯)乙烯(可作为电子受体单元)通过酸催化的希夫碱缩合反应制备得到苯并咔唑类共价有机框架，将其应用于含铀废水中，具有较好的稳定性、可循环利用性以及离子选择性，表明了该咔唑类cofs可应用于复杂水环境中的铀酰去除的巨大潜力。
16、二、采用本专利技术提供的制备方法制备苯并咔唑类共价有机框架，具有产率高、产物结晶性较好的优点，且制备得到的苯并咔唑桥连共价有机框架具有较好的孔隙率与孔体积，方便铀酰离子进入到孔道内部接触到更多的催化位点。
17、三、本专利技术制备的苯并咔唑类共价有机框架通过光催化作用将废水中的铀酰离子还原并分离的方法环保高效，该过程低能耗且对铀的去除量大超过了绝大多数已经报道的纳米材料，具体地，在24小时内，铀废液中铀酰的浓度下降了90％以上，在铀初始浓度为600mg/l的铀废液中，cofbctb-tbe在模拟太阳光条件下展现了5768mg/g的铀去除能力。
18、四、本专利技术制备的苯并咔唑类共价有机框架具有较高的酸碱以及耐热稳定性，适用于极端环境下的含铀废水处理。
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1.一种苯并咔唑类共价有机框架，其特征在于，所述苯并咔唑类共价有机框架的化学结构式为：
2.一种苯并咔唑类共价有机框架的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的苯并咔唑类共价有机框架的制备方法，其特征在于，所述反应原料中4,4',4”,4”'-([9,9'-联咔唑]-3,3',6,6'-四基)四苯甲醛和四-(4-氨基苯)乙烯的摩尔比为1：(1～1.5)。
4.根据权利要求3所述的苯并咔唑类共价有机框架的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂包括1，2-二氯苯和正丁醇，且1，2-二氯苯和正丁醇的体积比为1：(1～1.5)。
5.根据权利要求4所述的苯并咔唑类共价有机框架的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中反应原料4,4',4”,4”'-([9,9'-联咔唑]-3,3',6,6'-四基)四苯甲醛的摩尔浓度为0.01～0.03mmol/mL，反应原料四-(4-氨基苯)乙烯的摩尔浓度为0.01～0.03mmol/mL。
6.根据权利要求4所述的苯并咔唑类共价有机框架的制备方法，其特征在于，所述乙酸
7.如权利要求1所述的苯并咔唑类共价有机框架或者权利要求2至6任一项所述制备方法制备得到的苯并咔唑类共价有机框架在光催化材料中的应用。
8.如权利要求1所述的苯并咔唑类共价有机框架或者权利要求2至6任一项所述制备方法制备得到的苯并咔唑类共价有机框架作为光催化剂在处理含铀废水中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，处理含铀废水的方法包括：在可见光条件和搅拌状态下，向所述含铀废水中加入光催化剂苯并咔唑类共价有机框架和空穴特征剂甲醇以对所述含铀废水中的铀酰进行还原处理，并控制还原处理温度为10℃～25℃。
10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于，所述含铀废水的pH值为3～6。
...【技术特征摘要】
1.一种苯并咔唑类共价有机框架，其特征在于，所述苯并咔唑类共价有机框架的化学结构式为：
2.一种苯并咔唑类共价有机框架的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的苯并咔唑类共价有机框架的制备方法，其特征在于，所述反应原料中4,4',4”,4”'-([9,9'-联咔唑]-3,3',6,6'-四基)四苯甲醛和四-(4-氨基苯)乙烯的摩尔比为1：(1～1.5)。
4.根据权利要求3所述的苯并咔唑类共价有机框架的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂包括1，2-二氯苯和正丁醇，且1，2-二氯苯和正丁醇的体积比为1：(1～1.5)。
5.根据权利要求4所述的苯并咔唑类共价有机框架的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中反应原料4,4',4”,4”'-([9,9'-联咔唑]-3,3',6,6'-四基)四苯甲醛的摩尔浓度为0.01～0.03mmol/ml，反应原料四-(4-氨基苯)乙烯的摩尔浓度...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭国文，许东阳，郭帅帅，刘军，阳鹏飞，曾振龙，杨暄，朱奕举，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：
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