CN104992740A - 一种微孔mil-101材料在吸附水中痕量碘中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微孔MIL-101材料在吸附水中痕量碘中的应用。在所述的应用中，对微孔MIL-101材料进行后处理：将活化后的MIL-101置于0.05-0.3mol/L的二甲基亚砜溶液中，磁力搅拌1-3h后，离心分离、水洗，在80-160℃下真空干燥8-12h，即得后处理过的微孔MIL-101材料。本发明经后处理过的微孔MIL-101材料具有多孔结构，大比表面积，其本身对溶液中碘有效吸附，无需浸渍剂，可对痕量碘有效吸附。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种微孔MIL-101材料对水中痕量碘的吸附应用。
背景技术
目前，核电将成为我国能源首选，因为核电对社会经济发展的带动作用明显，而且其是清洁能源，发展核电对驱散雾霾、改善环境将起到积极作用。据外媒猜测，到2050年中国核电发电量将超世界总和。然而由于切尔诺贝利核事故和福岛核泄漏出的放射性碘引起人们对核电的恐慌。因此为降低核泄漏对环境和生物的影响，需要有快速吸附水体内放射性碘的吸附剂。
现有用于溶液中放射性碘捕获的固体吸附剂有沸石、硅胶和其他复合材料。但是它们本身并没有对放射性碘有效吸附功能，需要添加Ag、Cu、Ni、Zn等金属浸渍剂。
金属有机骨架材料(MOFs)是一种由有机配体和金属离子自组装形成的多孔材料，其具有均匀的纳米孔道结构、高孔隙率、大比表面积等优点。MIL-101是由法国Férey课题组在2005年率先合成和报道的新型MOF材料。该材料具有很大的比表面积(朗格缪尔比表面积：5900±300m2/g)和孔体积(702000A3)，骨架结构在高温下(高达300℃)不会坍塌。这些性质使得其在气体吸附、化学催化、生物医药、电磁等领域得到大量的研究。
法国Férey课题组制备出MIL-101用于气体CO2吸附。南京工业大学陈勇等人利用棋来吸附气体CO；但将MIL-101用于溶液中离子吸附的文献未检索到，尤其用于溶液中放射性碘的吸附报道更未见到。
发明内容
本发明目的在于提供一种微孔MIL-101对水中痕量碘的吸附应用。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种微孔MIL-101材料在吸附水中痕量碘中的应用。
其中，对所述的微孔MIL-101进行后处理，其具体过程为：将活化后的MIL-101置于0.05-0.3mol/L的二甲基亚砜溶液中，磁力搅拌1-3h后，离心分离、水洗，在80-160℃下真空干燥8-12h，即得后处理过的微孔MIL-101。
所述的碘为放射性碘。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：
(1)本发明后处理过的微孔MIL-101具有多孔结构，更大的比表面积，其本身对溶液中碘有效吸附，无需浸渍剂，可对痕量碘有效吸附。
(2)本发明后处理过的微孔MIL-101与活化后的MIL-101相比，其对碘离子具有更高的吸附效率。
附图说明
图1为本发明的微孔MIL-101材料的XRD图。
图2为本发明的微孔MIL-101的SEM图。
图3为本发明的微孔MIL-101的N2吸附-脱附等温线。
图4为本发明的微孔MIL-101的孔径分布图。
图5为本发明的微孔MIL-101的对碘离子吸附效率随吸附时间的变化图。
具体实施方式
本发明的产品通过以下手段进行表征测试：X射线衍射在德国Bruker公司生产的D8ADVANCE X射线衍射仪中获得；扫描电镜照片在日本日立公司生产的S-4800扫描电镜于下获得；通过北京金埃谱科技有限公司生产的V-Sorb 2800P型比表面及孔径分析仪测量样品的比表面积和孔径分布。
实施例中所用的化学试剂均为分析纯，以安全无放射性的Na127I代替放射性碘，作为模拟吸附目标。
本发明MIL-101材料的制备方法如下：
(1)将4.00g Cr(NO3)3·9H2O和1.66g H2BDC溶解在50ml去离子水中，缓慢滴加0.2ml HF，分别磁力搅拌15min和超声分散15min后，将反应物转移至100ml的水热反应釜中，在220℃环境下反应8h；自然冷却至室温，用G1砂芯漏斗过滤后取滤液，再离心分离，用DMF反复洗三次后，160℃下真空干燥10h；
(2)将固体产物与乙醇按质量比1：40倒入水热反应釜中，在100℃下活化20h；自然冷却至室温，离心分离后，160℃下真空烘干，即得活化后的MIL-101材料。
实施例1：
将1g活化后的MIL-101置于50ml 0.1mol/L的二甲基亚砜溶液中，磁力搅拌3h后，离心分离、水洗，在120℃下真空干燥10h，即得后处理过的微孔MIL-101。
称取0.50g后处理后的微孔MIL-101加入到500ml 0.4mmol/L的NaI模拟溶液中，磁力搅拌，在一定吸附时间后，抽取10ml吸附溶液，利用0.25μm的滤头过滤后，保存于样品瓶中待测。分别在0、1min、2min、3min、4min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、1h、2h、3h、4h、5h和24h取样，考察样品的吸附效率随时间变化。
(实施例1制得的材料的各表征结果见图1-5)。
图1可知，制得的后处理后的微孔MIL-101在5.2°、8.5°、9.1°处出现了MIL-101的主要特征峰，这与其他文献中所描述的XRD谱峰位基本一致。图2表示该实施例中合成材料的SEM图，从图中我们可以看出，该材料具有正八面体结构，粒径大约在800nm左右，结构较规则，表面较光滑。由图3可以看出样品的氮气吸附等温线均为可逆的Langmuir I型等温线，说明材料具有永久性微孔，在较低压力下吸附量急剧增加，发生微孔填充，随后的水平或近水平表明，微孔已经充满，很少或没有进一步的吸附发生。而这一表征结果除了得到材料的比表面积大约在2548m2/g之外，与图4的孔径分布同样能够得到合成的为微孔MIL-101材料这一重要结论。图5是后处理后的微孔MIL-101对溶液中的碘离子吸附实验，从图中我们可以直观的看出吸附材料能够快速的吸附溶液中的碘离子，在前30min内吸附率达到40％。
实施例2：
将0.5g活化后的MIL-101置于20ml 0.1mol/L的二甲基亚砜溶液中，磁力搅拌3h后，离心分离、水洗，在100℃下真空干燥10h，即得后处理过的微孔MIL-101。
分别称取0.050g制得的活化后的MIL-101-I和处理过的微孔MIL-101-II材料粉末加入到50ml 24μg/L的NaI溶液中，磁力搅拌，吸附3h后，抽取10ml吸附溶液，利用0.25μm的滤头过滤后，保存于样品瓶中待测。计算得出在纯NaI溶液中的分别为吸附率为94.2％(后处理过的微孔MIL-101)、46％(活化后的MIL-101)。
实施例3：
将0.5g活化后的MIL-101置于20ml 0.1mol/L的二甲基亚砜溶液中，磁力搅拌2h后，离心分离、水洗，在160℃下真空干燥10h，即得后处理过的微孔MIL-101。
分别称取0.050g制得的后处理后的微孔MIL-101加入到50ml 0.4mmol/L的NaI溶液和50ml含有0.1mol/L NaCl溶液中，磁力搅拌，吸附3h后，利用带有0.25μm滤头的注射器各抽取10ml吸附溶液，使用ICP-MS分别测得溶液中的I-和Cl-浓度。计算得出在对NaI溶液中I-的吸附率为42.5％，对NaCl中的Cl-的吸附率仅为13.6％。
实施例4：
将0.5g活化后的MIL-101置于20ml 0.3mol/L的二甲基亚砜溶液中，磁力搅拌2h后，离心分离、水洗，在160℃下真空干燥10h，即得后处理过的微孔MIL-101。称取0.050g制得的后处理后的微孔MIL-101加入到50ml 8μg/L的NaI溶液中，磁力搅拌，吸附3h后，抽取10ml吸附溶液，利用0.25μm的滤头过滤后，保存于样品瓶中待测。计算得出在纯NaI溶液中的吸附率为98％。
Claims (3)
1.一种微孔MIL-101材料在吸附水中痕量碘中的应用。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，对所述的微孔MIL-101材料进行后处理，其步骤如下：将活化后的MIL-101置于0.05-0.3mol/L的二甲基亚砜溶液中，磁力搅拌1-3h后，离心分离、水洗，在80-160℃下真空干燥8-12h，即得后处理过的微孔MIL-101材料。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的碘为放射性碘。
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