[发明专利]一种聚酰亚胺共价有机框架的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种聚酰亚胺共价有机框架的制备方法及应用，属于环境保护技术领域。本发明将5,5',5'‑(1,3,5‑三嗪‑2,4,6‑三基)三(吡啶‑2‑胺)与均苯四甲酸二酐通过酰亚胺反应制备聚酰亚胺共价有机框架；该聚酰亚胺共价有机框架以C4N酰亚胺五元环作为连接单元，在五元环周围有大量的吡啶氮官能团，可用于高效吸附及还原铀酰离子，并对稀土尾矿废液中的铀酰离子有良好的吸附选择性。本发明制备的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，对铀酰离子的吸附速率快且选择性好，可作为铀酰离子的高效吸附还原剂。

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、sp² c COFs和聚芳醚COFs等已用于铀酰离子(UO₂²⁺)的吸附。席夫碱COFs通过高度可逆的亚胺键连接，稳定性较差，影响其实际应用性能(W.-R.Cui,F.-F.Li,R.-H.Xu,C.-R.Zhang,X.-R.Chen,R.-H.Yan,R.-P.Liang,J.-D.Qiu,Regenerable covalent organicframeworks for photo-enhanced uranium adsorption from seawater,Angew.Chem.Int.Ed.59(2020)17684-17690.)。sp² c COFs和聚芳醚COFs分别由不可逆的碳碳双键和醚键连接，在实际应用中具有良好的稳定性(W.-R.Cui,C.-R.Zhang,W.Jiang,F.-F.Li,R.-P.Liang,J.Liu,J.-D.Qiu,Regenerable and stable sp² carbon-conjugated covalent organic frameworks for selective detection and extractionof uranium,Nat.Commun.11(2020)436.；X.Guan,H.Li,Y.Ma,M.Xue,Q.Fang,Y.Yan,V.Valtchev,S.Qiu,Chemically stable polyarylether-based covalent organicframeworks,Nature Chem.11(2019)587-594.)。最近，通过不可逆的酰亚胺缩合反应构建聚酰亚胺COFs(称为PI-COF)受到了关注。由于其优异的热稳定性、化学稳定性、抗辐射性和出色的机械性能，PI-COF在应用中具有重要意义(Q.Fang,Z.Zhuang,S.Gu,R.B.Kaspar,J.Zheng,J.Wang,S.Qiu,Y.Yan,Designed synthesis of large-pore crystallinepolyimide covalent organic frameworks,Nat.Commun.5(2014)4503.)。此外，合理设计靶向UO₂²⁺纳米陷阱是制备新型高效UO₂²⁺吸附剂的有力手段(A.S.Ivanov,B.F.Parker,Z.Zhang,B.Aguila,Q.Sun,S.Ma,S.Jansone-Popova,J.Arnold,R.T.Mayes,S.Dai,V.S.Bryantsev,L.Rao,I.Popovs,Siderophore-inspired chelator hijacks uraniumfrom aqueous medium,Nat.Commun.10(2019)819)。然而，PI-COF的发展仍处于起步阶段，尚未见其在放射性核素提取及去除方面的应用，且高选择性UO₂²⁺纳米陷阱的设计仍是其在放射性核素去除领域的难点。

发明内容