[发明专利]基于镉簇分子笼结构的沸石型金属-有机框架的制备方法及其在碘吸附与释放方面的应用

说明书

基于镉簇分子笼结构的沸石型金属‑有机框架的制备方法，包括：将配体3‑巯基‑5‑氨基‑1,2,4‑三氮唑和镉的金属盐加入N,N‑二甲基乙酰胺和水的混合溶剂中，混合均匀后置于反应器中加热反应一段时间，得到无色多面体状透明晶体，清洗，过滤，晾干得到基于镉簇分子笼的沸石型金属‑有机框架材料。本发明的方法首次合成了由15核镉簇构筑的78核镉的分子笼，该材料在碘的吸附和释放方面的具有应用前景，为核电站反应堆产生的放射性¹²⁹I和¹³¹I的处理提供了新的材料，可降低现有放射性物质处理成本，简化放射性物质的处理方法。

技术领域

本发明涉及金属-有机框架材料，具体涉及一种基于镉簇分子笼结构的沸石型金属-有机框架的制备方法及其在碘吸附与释放方面的应用。

背景技术

近年来，金属-有机分子笼框架材料因其在气体吸附与分离、异相催化、水净化、化学传感、药物负载与释放等方面的应用前景受到国内外研究学者的广泛关注。传统的金属-有机分子笼框架材料通常是以金属离子或金属簇为分子笼结构的顶点，二连接配体为分子笼结构的边，或者三连接与多连接配体为分子笼结构的面。通过金属离子或者金属簇与配体的组装形成具有不同几何形状的分子笼。如四面体笼，八面体笼，十二面体笼等。金属簇合物单元其较小的尺寸与紧密堆积模式使其在分子笼的组装时通常作为分子笼的顶点部分而存在，较大的配体通常作为分子笼的面或者边。

金属-有机分子簇不仅具有紧密的堆积模式和较多的金属原子，由于有机小分子的参与其通常展现出不同的几何构型和较大的分子体积。利用金属-有机分子簇作为结构基元来构筑金属-有机分子笼框架无疑不但能够丰富结构的新颖性，还能增加金属-有机分子笼框架的空腔体积，以及金属-有机分子笼框架的稳定性，赋予金属-有机分子笼框架一些新的性质。但由于分子自组装的复杂性，很难在反应中同时控制金属-有机分子簇和分子笼的同时形成，因此，探寻基于分子笼结构的金属-有机框架的合成制备方法是极为重要的问题。

材料的最终归属是应用。放射性核燃料在衰变过程中，会转变为多种物质。其中就有碘129，碘129易于挥发，又易溶于水，所以就扩散开来，其具有放射性和非常长的半衰期，对人体的新陈代谢具有很大的影响。基于分子笼结构的金属-有机框架具有很高的稳定性，其较大的空腔和较小的空腔入口对碘的吸附应用非常有利。因此开发出稳定的基于分子笼结构的金属-有机框架应用于碘的吸附具有极高的研发意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的基于镉簇分子笼结构的沸石型金属-有机框架及其制备方法和在碘吸附与释放方面的应用。

本发明的制备方法通过溶剂热法利用镉的无机盐与有机配体在混合溶液中的自组装制备一例具有三维Sodalite结构的沸石型金属有机-框架材料，具体包括：

将配体3-巯基-5-氨基-1,2,4-三氮唑(H₂amta)和镉的金属盐加入N,N-二甲基乙酰胺和水的混合溶剂中，混合均匀后置于反应器中加热反应一段时间，得到无色多面体状透明晶体，清洗，过滤，晾干得到基于镉簇分子笼的沸石型金属-有机框架材料。

进一步的，所述的3-巯基-5-氨基-1,2,4-三氮唑与镉的金属盐摩尔比为1：1～4。

进一步的，溶剂N,N-二甲基乙酰胺与3-巯基-1,2,4-三氮唑的摩尔比为0.2～1：1～4。

进一步的，N,N-二甲基乙酰胺与水的体积比为4：1。

进一步的，所述反应容器为普通常压玻璃瓶或高压聚四氟乙烯为内胆的不锈钢反应釜，反应温度在100到120摄氏度之间，反应时间为5天。

进一步的，所述无机金属盐是硫酸隔或是硝酸镉、氯化镉体系中加入硫酸。

本发明还提供了由上述制备方法制备的基于镉簇分子笼的沸石型金属-有机框架材料。