放射性碘核素(如¹²⁹I和¹³¹I)如果被釋放到環(huán)境中,將對環(huán)境和生物造成嚴重的破壞。高效、安全地去除水體中放射性碘核素已經(jīng)成為放射性廢水處理領域的前沿課題之一。金屬-有機骨架（Metal-Organic Frameworks,MOFs）作為新型的有序多孔晶體材料,在去除液體中放射性碘核素的應用上展現(xiàn)了巨大的潛力。MOFs材料可以通過選擇合適的金屬中心和有機配體實現(xiàn)對其孔隙率、比表面積和孔徑尺寸的可調控性。此外,選擇富含供電子基團和π共軛芳香環(huán)有機配體作為構筑單元,利用供電子基團與碘形成電荷轉移復合物,也可以增加MOFs對碘的吸附量。但是MOFs的脆弱性、難加工成型性和水穩(wěn)定性差等限制了其在水處理領域應用中的發(fā)展。當前,以水體中碘核素的有效去除為導向,定向構筑具有連續(xù)致密性的MOFs膜,揭示MOFs膜在碘水溶液過濾過程中結構變化規(guī)律,闡明MOFs膜去除水體中碘離子的機理,成為MOFs膜邁向放射性廢水處理應用急需解決的關鍵科學問題。針對以上問題,本論文提出通過逆擴散法在聚偏氟乙烯表面制備均勻致密的ZIF-8膜,探索了ZIF-8膜去除水中碘離子的... 

【文章來源】：廣西師范大學廣西壯族自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

ZIF-8對I2分子的捕獲[18]

奈?獎仍贛IL-120（Al）MOFs中強。他們還研究了功能化的MIL-53（Al）有機連接體對碘的吸附行為的影響，結果表明取代對碘的吸附行為沒有顯著影響。（4）Zr（Ⅳ）MOFs去除放射性碘鋯基材料也被用于碘捕獲的相應研究。研究證據(jù)表明，由于1,4-二羧基苯（BDC）配體中Zr-O團簇與羧酸鹽之間的強相互作用，UiO-66的Zr基MOFs具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性[14,62]。結合吡啶與I2之間的相互作用機理，Wang等[14]提出利用含吡啶的2,5-吡啶二羧酸（PYDC）作為有機配體構建UiO-66等結構的MOFs（UiO-66-PYDC），并研究其有效去除I2的活性位點（圖1-2）。他們的研究發(fā)現(xiàn)，與其它傳統(tǒng)吸附劑相比，鋯基MOFs吸附劑具有明顯的優(yōu)勢。首先，由于硬Lewis酸性Zr4+和PYDC之間的強相互作用，它們的化學穩(wěn)定性可以傳遞，因而可以適應惡劣的工作環(huán)境。其次，PYDC作為有機支柱均勻地分布在開放的框架內，因而有大量的活性吸附位點。同時，避免了引入吡啶的復雜過程，且制備的UiO-66-PYDC的孔道保持暢通，為I2的調節(jié)節(jié)省了更多的空間。最重要的是，由于每個PYDC單元在高度有序的三維結構中的均勻排列，它們完全可以充當I2吸附位點。另外，F(xiàn)organ等研究了穩(wěn)定的Zr基MOFs[Zr6O4(OH)4(sdc)6]n、[Zr6O4(OH)4(edb)6]n、[Zr6O4(OH)4(bdb)6]n對碘的儲存性能[63]。研究發(fā)現(xiàn)，盡管溴化和溴水合反應都可以很容易地發(fā)生，[Zr6O4(OH)4(sdc)6]n卻不能在其整個烯烴單元上化學吸附I2，其最大I2物理吸附儲存容量為107wt%。相比之下，[Zr6O4(OH)4(edb)6]n和[Zr6O4(OH)4(bdb)6]n可同時作用于化學和物理吸附劑I2，顯示捕獲I2的最大重量百分比分別為57wt%和88.5wt%。一般來說，Zr（Ⅳ）MOFs的化學穩(wěn)定性，加上它們的高孔隙率與連接體上的活性?

廣西師范大學碩士學位論文8圖1-4用醋酸纖維素膜（Au-CAM）固定化AuNPs的脫鹽過程示意圖[13]Fig.1-4SchematicillustrationofthedesalinationprocedureinthisstudybyusingAuNPsimmobilizedonacelluloseacetatemembrane(Au-CAM).[13]雖然MOFs混合基質膜用于吸附分離的研究被不斷報道，但是將其用于吸附分離碘的研究報道還很少。Mahdi等提出通過膠體混合方法，制備了ZIF-8-聚氨酯混合基質膜，發(fā)現(xiàn)PU/ZIF-8（30%摻雜量）復合膜對環(huán)己烷中的I2的吸附容量達到32.4%[70]。Au-Duong等通過原位組裝的方法在多巴胺修飾的細菌纖維素薄膜表面制備了BC@Dopa-ZIF-8復合膜。BC@Dopa-ZIF-8復合膜對氣態(tài)碘的吸附容量為1.87±0.18g/g，對水溶液中碘的吸附容量為1.31±0.02g/g[71]。Mushtaq等通過注射器輔助或真空過濾方法制備了一種由金納米粒子和醋酸纖維素膜組成的AuNPs和CAM復合膜，由于AuNPs對碘離子具有良好的吸附能力，Au-CAM濾光片可用于連續(xù)水體系中放射性碘的高效離子選擇性分離（圖1-4），預計他們的工作將成為各種水性介質中放射性碘脫鹽的新途徑[13]。盡管基于MOFs的混合基質膜具有潛力，但仍存在挑戰(zhàn)和局限性。MOFs在混合基質膜中的摻雜含量是決定I2吸附容量的關鍵因素，但MOFs填充含量過高時，易發(fā)生團聚，導致聚合物與MOFs界面缺陷顯著增加，吸附效率大幅度下降。如何開發(fā)MOFs含量高、無界面缺陷、吸附性能優(yōu)異的MOFs膜，就成為一項極具挑戰(zhàn)的學術難題。結合第1.2節(jié)的討論，我們可以得出一個結論：相對于混合基質膜，多孔基質負載或者自支撐的多晶生長MOFs膜更能滿足膜吸附操作的要求。MOFs膜捕獲和分離碘的研究不斷取得新的進展，一些新型拓撲結構的MOFs材料被成功制備成分離膜。但需要指出的是，迄今為止，定向構筑具有碘吸附功能

【參考文獻】：
期刊論文
[1]利用簡易方法制備穩(wěn)定的具有微納結構的ZIF-8高效油水分離膜（英文）[J]. 宋明秋,趙宇鑫,牟善軍,姜春明,李湛,楊平平,方千榮,薛銘,裘式綸.  Science China Materials. 2019(04)
[2]吸附法處理水體中放射性碘核素研究進展[J]. 瑋達,張曉媛,顧平,張光輝.  水處理技術. 2017(09)
[3]氣態(tài)放射性碘的捕集方法綜述[J]. 馬英,劉群,董磊,王龍江,王坤俊,丘丹圭,侯建榮,史英霞.  山西大學學報(自然科學版). 2017(03)
[4]沸石咪唑酯骨架材料-8的合成及其膜的制備研究進展[J]. 姜交來,廖俊生.  材料導報. 2015(15)
[5]聚吡咯導電材料合成方法的進展[J]. 尹五生.  功能材料. 1996(02)

博士論文
[1]環(huán)境納米材料的制備及污染物去除研究[D]. 陳媛媛.中國科學技術大學 2017
[2]金屬—有機框架膜的制備、后功能化修飾及其性能研究[D]. 鈄忠尚.浙江大學 2014

碩士論文
[1]醫(yī)用同位素生產(chǎn)堆放射性氣體處理及氣態(tài)碘提取研究[D]. 熊偉.蘭州大學 2018
[2]ZIF-8@mesoSiO2核殼材料的合成以及疏水性修飾的研究[D]. 孫鵬軒.吉林大學 2016
[3]金屬有機骨架膜的制備及其性能研究[D]. 杜淑慧.大連理工大學 2012



本文編號：3537083