[發明專利]一種負載二氧化鈦的MOFs基氣凝膠制備方法

在審

• 申請號: 202310223891.6
• 申請日: 2023-03-09
• 公開（公告）號: CN116173923A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 杜兆芳;張健;李繼豐;梅毓;封其春;韓俊峰;吳偉
• 申請（專利權）人: 安徽農業大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 南京新誠匯知識產權代理事務所(普通合伙) 32661
• 代理人: 吳凡

本發明公開了一種負載二氧化鈦的MOFs基氣凝膠制備方法，將纖維素經氧化改性處理得到羧基化纖維素納米纖維；將銳鈦礦型TiOsubgt;2/subgt;加入到羧基化纖維素納米纖維分散液中，經過分散處理后分散液通過冷凍干燥法得到負載均勻、牢固的TiOsubgt;2/subgt;/羧基化纖維素納米纖維氣凝膠；以TiOsubgt;2/subgt;/羧基化纖維素納米纖維氣凝膠為基體，將無機金屬離子(Zrsupgt;4+/supgt;)螯合在羧基化纖維素納米纖維的羧基上并作為金屬離子中心，以2?氨基對苯二甲酸為有機配體，通過水熱合成反應在TiOsubgt;2/subgt;/羧基化纖維素納米纖維氣凝膠上原位生長出MOFs(UiO?66?NHsubgt;2/subgt;)，得到負載二氧化鈦的MOFs基氣凝膠。該負載二氧化鈦的MOFs基氣凝膠具有大比表面積、高孔隙率，富含強螯合性的羧基基團，具有光催化性和抗生物污染性，同時具備易回收、可重復利用的特點。

技術領域

本發明涉及一種負載二氧化鈦的MOFs基氣凝膠制備方法，屬于功能復合材料科學領域。

背景技術

為實現碳達峰與碳中和的目標，具有極高能量密度和無溫室氣體排放的核能一直備受關注。鈾主要用作核電燃料，因此提煉鈾有利于能源工業的可持續發展。目前，鈾主要是通過礦物開采獲得。隨著能源需求的增加，鈾將成為短缺資源。海水中鈾的總量估計為45億噸，是陸地上鈾儲量的1000多倍。然而，海水中鈾的濃度相當低(≈3.3ppb)，且有大量的競爭離子，這使得從海水中回收鈾具挑挑戰性。目前，人們已經并正在研究各種物理和化學方法來從水溶液中提取鈾，包括離子交換、膜分離、和吸附等方法。其中固相吸附法因其結構靈活、易于應用、可重復、使用可靠、成本低、環保等優點而倍受關注，同時這些潛在的優勢對于處理超大體積的海水非常有利。固相吸附的一個重點和挑戰是制備具有高吸附容量、選擇性、快速吸附/解吸動力學的高性能鈾吸附劑。然而，到目前為止，大多數吸附材料一般不能同時滿足這些要求。

金屬有機骨架(MOFs)具有大比表面積、高孔隙率、低密度、結構可調控性和化學穩定性等優點，被廣泛認為是一種有吸引力的鈾吸附劑候選材料(Coordination?ChemistryReviews?475(2023)214917)。由于MOFs的晶體性質，導致它們通常以納米粉末或膠狀晶體的形式存在。因此，MOFs吸附劑在天然海水中的回收仍然是一個挑戰。在分離和催化領域，MOFs晶體常被嵌入到分層多孔聚合物基質中制備復合材料(ACS?Omega?2022,7,14430-14456)。因此，探索具有高孔隙率、超輕密度、低成本的先進多孔基底材料，是實現MOFs吸附劑易回收、可重復使用的關鍵。

可再生資源是人類可持續發展的迫切需要，纖維素是地球上最豐富的天然“有機”生物材料，全球每年產量達數百億噸。纖維素納米纖維(CNFs)是一種獨特的納米級材料，可以通過化學和/或物理方法從不同的自然來源(如木材和棉花)中提取。CNFs的優點在于易得、可再生、成本低、可降解、重量輕、表面化學控制和環保等特點，通過冷凍干燥技術可制備孔洞連通、孔隙率高、比表面大、強度高的CNFs氣凝膠。研究發現，羧基化CNFs(Carboxylated?CNFs)氣凝膠具有豐富的極性基團(如羥基和羧基)，這為MOF晶體的成核和生長提供了豐富的反應位點和強的結合作用。