[發明專利]用于去除碘氧陰離子的金屬有機骨架

在審

• 申請號: 202080076601.4
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN114929385A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: P·L·弗拉蒂尼;K·P·弗魯澤蒂;A·J·霍沃斯
• 申請（專利權）人: 電力研究所有限公司
• 主分類號: B01J31/16
• 分類號: B01J31/16;B01J31/18;C07C209/02
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供了金屬有機骨架(MOF)在從液體或液體料流中去除特定化學物種或化合物，具體地碘酸鹽的氧陰離子中的用途。在一些實施例中，該MOF是基于Zr的MOF，如NU?1000或MOF?808。包含NU?1000或MOF?808的該基于Zr的MOF可以用于從工業工藝，如核電廠和化石燃料電廠中的各種液體料流或液體中去除這些氧陰離子。

技術領域

本發明和其實施例涉及從液體中去除給定化學物種。具體地，本發明和其實施例涉及具有適于從液體料流中去除如碘氧陰離子等氧陰離子的特定特性的金屬有機骨架的用途。

背景技術

核公用事業面臨的挑戰是去除顯著促進或驅動劑量、放射性廢物的產生、環境廢水廢物問題和材料降解問題的若干雜質。類似地，基于化石的發電設施面臨著以下挑戰：來自煙氣脫硫和洗滌器、爐邊洗滌和鍋爐清洗操作廢水的監管排放要求的挑戰以及由于煤堆徑流和灰池浸出液導致的地下水修復要求的。由于與捕獲和與其它雜質競爭機制相關的因素，當前技術(例如，離子交換)缺乏將這些雜質去除，以達到所需程度的能力。

最近開發的隔離介質提供了裝飾在樹脂主鏈上的有機金屬配體(否則在將攜帶陽離子交換基團的位置中)，這些有機金屬配體顯著改善了去除如鈷等陽離子分析物的介質。不幸的是，此類配體不能容納主題水料流中存在的較大幾何形狀的如硒等氧陰離子物種。例如，離子交換和吸附技術通常用于捕獲在水料流中的化學雜質。然而，這些技術有若干顯著的缺點。這些技術是非特異性的(即，在一定程度上將捕獲許多不同的物種)，受競爭影響(即，較高濃度的物種將占主導地位)，并且是可逆的(即，所捕獲的物種將在水條件發生變化的情況下釋放)。

從水料流中去除硒是備受關注的。硒是一種天然存在的元素，其在低濃度下對人類健康至關重要。然而，在所有必需元素中，硒介于膳食缺乏(40微克/天)與毒性(400微克/天)之間的范圍最為有限。硒通過多種不同的來源，如農業徑流、采礦、工業生產和煙氣脫硫工藝進入水道。由于缺乏與毒性之間的范圍較窄，因此監測和控制飲用水中生物可利用硒的量非常重要。美國環境保護署認識到硒的危害并且規定飲用水中硒的最高可接受水平為50ppb。然而，在最近的提案中，監管計劃將硒排放要求降低到14ppb，并且然后再降低到10ppb，從而使得許多煙氣脫硫廢水凈化設施目前的操作無法在沒有典型的離子交換或吸附工程單元操作以外的方法的情況下達到此類純度。

硒可以以有機和無機兩種形式存在，但是如亞硒酸鹽(SeO₃^2-)和硒酸鹽(SeO₄^2-)等無機物種的高溶解度以及因此的生物利用度使得這些陰離子成為修復技術的主要焦點。已經探索了從水中去除亞硒酸鹽和硒酸鹽的許多技術，包含使用豎直流濕地和生物反應器，但高昂的啟動成本和尺寸要求限制了這些技術的應用。已經研究的替代性方法涉及使用吸附介質吸收和去除不想要的無機硒。氧化鐵(赤鐵礦、針鐵礦和水鐵礦)已經被廣泛研究作為水溶液中亞硒酸鹽和硒酸鹽的潛在吸附劑。這些基于鐵的材料的表面積非常小，這意味著由于缺乏可用的吸附位點而浪費了大量材料。由于亞硒酸鹽陰離子與氧化鐵表面之間形成內球絡合物，氧化鐵也往往對亞硒酸鹽去除有效，而硒酸鹽去除不夠充分是因為僅微弱的外球相互作用發生。

此外，在核電站的某些情況下，也可能需要從水中或水料流中去除其它氧陰離子，如廢液料流或污染液體，如具有放射性氧陰離子的液體。此類其它氧陰離子包含來自與核燃料工廠相關聯的水中的銻、鉛和碘酸鹽的氧陰離子，在一些情況下可能也是一個問題。

因此，需要一種新型技術來有效且高效地從水和其它液體料流，如其它工業水基料流或儲存以供處理的一定量液體中去除特定雜質，如氧陰離子，包含硒、銻、鉛、碘酸鹽和其它的氧陰離子。需要此類技術在存在其它競爭物種或可能競爭去除的物種的情況下去除這些雜質，由此有效地降低用于去除的物種的去除效率。還需要此類技術以特異性用于捕獲該雜質并且使任何可逆性最小化或從捕獲中釋放的方式去除這些雜質，由此使其具有更高的結合能。具體地，需要不同類型的結構介質來具體地解決低水平的特定物種的去除，如硒的水性氧陰離子，其中足夠高的結合能以在分析物濃度降低而競爭對手濃度同時升高時維持接近不可逆的攝取。