一种聚酰亚胺共价有机框架的制备方法及应用

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种聚酰亚胺共价有机框架的制备方法及应用。

背景技术

稀土资源的开发利用极大地促进了经济社会发展，然而稀土尾矿废液的不当处置导致了放射性铀元素污染问题。铀有放射性和化学毒性，对生态系统和人类健康构成威胁。因此，开发新型高效铀吸附剂对于稀土工业可持续发展至关重要。共价有机框架(COFs)具有结晶度高、通道结构规整、化学水解稳定性高等优点，是一种很有前景的吸附剂。目前，席夫碱COFs、sp

发明内容

本发明的目的在于提供了一种聚酰亚胺共价有机框架的制备方法及应用。本发明通过富氮单体5,5',5'-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三(吡啶-2-胺)(TTPA)与均苯四甲酸二酐(PMDA)之间的酰亚胺反应，制备了一种新型聚酰亚胺共价有机框架PI-COF-6。富氮单体TTPA中大量的吡啶氮官能团，不仅提高了PI-COF-6对UO

为实现上述目的，本发明具体采用如下技术方案：

本发明提供了一种聚酰亚胺共价有机框架的制备方法，包括以下步骤：

1)以5,5',5'-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三(吡啶-2-胺)和均苯四甲酸二酐作为反应原料，再加入N-甲基-2-吡咯烷酮和1,3,5-均三甲苯，将混合液超声处理后加入异喹啉，得到反应混合液；

2)将装有反应混合液的容器通过冷冻-解冻循环脱气，火焰密封后于160-240℃加热3-7天，冷却过滤收集沉淀，经洗涤干燥后得到聚酰亚胺共价有机框架。

进一步地，步骤1)所述5,5',5'-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三(吡啶-2-胺)和均苯四甲酸二酐的物质量之比为(0.1-1)：1。

进一步地，步骤1)所述N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3,5-均三甲苯和异喹啉的体积比为(5-15)：(5-15)：1。

本发明还提供了上述制备方法获得的聚酰亚胺共价有机框架在吸附铀酰离子中的应用。

进一步地，所述聚酰亚胺共价有机框架能够在多种干扰离子存在的条件下选择性吸附并去除铀酰离子；所述干扰离子包括Y

进一步地，所述聚酰亚胺共价有机框架在吸附铀酰离子的过程中，能够将U(VI)还原为U(IV)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用一步法合成聚酰亚胺共价有机框架，制备方法简单、结晶度高、孔道结构规整，无需后处理即可用于吸附UO

(2)本发明制备的以C4N酰亚胺五元环为连接单元的聚酰亚胺共价有机框架，在酰亚胺五元环周围含有大量吡啶氮官能团，提高了对UO

(3)本发明制备的聚酰亚胺共价有机框架，构建了N-N-O纳米陷阱作为UO

(4)本发明制备的聚酰亚胺共价有机框架，在多种干扰金属离子共存条件下对UO

(5)本发明制备的聚酰亚胺共价有机框架，在吸附UO

(6)本发明制备的聚酰亚胺共价有机框架实现了稀土尾矿废液中UO

附图说明

图1是聚酰亚胺共价有机框架PI-COF-6的制备过程示意图。

图2是PI-COF-6的实验测试PXRD图和AA堆积结构模拟PXRD图。

图3是PMDA、TTPA和PI-COF-6的红外光谱图。

图4是PI-COF-6对UO

图5是PI-COF-6对UO

图6是PI-COF-6对稀土尾矿废液中UO

图7是PI-COF-6吸附UO

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，并非用于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1：聚酰亚胺共价有机框架的制备及表征

将5,5',5'-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三(吡啶-2-胺)(TTPA，35.7mg)、均苯四酸二酐(PMDA，32.7mg)、N-甲基-2-吡咯烷酮(0.50mL)和1,3,5-均三甲苯(0.50mL)装入到15mL派热克斯管中，超声10分钟，再加入异喹啉(0.05mL)，得到反应混合液；将装有反应混合液的派热克斯管通过三次冷冻泵-解冻循环脱气后，火焰密封并在200℃的烘箱中加热5天，冷却后过滤，将得到的砖红色固体产物用无水四氢呋喃(THF)洗涤几次，收集固体，在80℃下真空干燥12小时，得到C4N酰亚胺五元环为连接单元的聚酰亚胺共价有机框架(PI-COF-6)。

图1是聚酰亚胺共价有机框架PI-COF-6的制备过程示意图。

采用粉末X射线衍射(PXRD)技术表征聚酰亚胺共价有机框架PI-COF-6的晶体结构。图2是PI-COF-6的实验测试PXRD图和AA堆积结构模拟的PXRD图。由图2可见，PI-COF-6的2θ在2.93°处出现了(110)晶面的强衍射峰，在5.08°、5.79°和7.65°处分别出现了(200)、(220)和(310)晶面的衍射峰，PI-COF-6的实验测得的PXRD图与AA堆积结构模拟的PXRD图相匹配，表明本发明方法制备的聚酰亚胺共价有机框架PI-COF-6的结晶度高。

图3为PMDA、TTPA和PI-COF-6的红外光谱图。由图3可见，与PMDA和TTPA的红外光谱图相比，PI-COF-6的红外光谱在1777cm

采用N

PXRD、红外光谱以及N

实施例2：PI-COF-6对UO

(1)研究了UO

将5mg聚酰亚胺共价有机框架PI-COF-6加入到25mL含不同浓度UO

(2)研究了吸附时间对PI-COF-6吸附UO

将5mg聚酰亚胺共价有机框架PI-COF-6加入到250mL含30mg/L的UO

实施例3：PI-COF-6对UO

考察了共存金属离子(Y

通过X射线光电子能谱(XPS)表征PI-COF-6吸附UO

以上所描述的实施例仅表达了本发明的几种优选实施例，其描述较为具体和详细，但并不用于限制本发明。应当指出，对于本领域的技术人员来说，本发明还可以有各种变化和更改，凡在本发明的构思和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。