多级孔MOF材料用于柴达木盐湖水提取重金属元素的基础研究

This project is mainly focused on the exploration of new solid adsorbent for the heavy metals extraction and separation from salt lake in Qaidam. Hierarchically mesostructured metal-organic frameworks (MOFs) will be prepared via molecular templates with structure-directing effect and functional groups. The as-prepared materials will be extensively investigated for the extraction of heavy metals in artificial salt lake. The adsorption kinetics, absorption isotherms, desorption, recycle and mechanism will be studied for searching new hierarchically mesostructured MOFs with potential separation prospect. Reliable database will be provided for developing new heavy metals adsorbent in the liquid phase. The present research is of great scientific significance in heavy metals extraction and separation from Qaidam salt lake.

本课题立足基础研究，开发新型的重金属元素固体吸附剂，为柴达木盐湖水中稀散的重金属元素分离和提取提供可靠的方法和技术。采用分子模板的方法，利用其结构导向作用和特定的功能基团，制备具有等级孔结构的金属有机骨架（MOF）材料。在模拟盐湖水条件下，开展液相提重金属元素的实验，通过对提取分离过程的动力学、热力学、洗脱方法、循环性等研究，深入解析这类材料在液相中对重金属元素的吸附机理，探寻具有潜在分离前景的等级孔MOF吸附剂。为发展新型液相重金属元素分离材料提供稳定可靠的数据基础，该研究对于柴达木盐湖中重金属元素的高效提取和分离具有重要的科学意义

在本项目的实施过程中，开发出了一种简单、方便、低成本的合成方法，合成了具有孔径、孔体积和比表面积可调的微-介孔多级孔道的ZIF-8材料。通过引入模板剂，得到了尺寸均一的Fe3O4颗粒，进而合成出性能优异的Fe3O4@ZIF-8纳米复合材料。在模拟盐湖水条件下，首次将该纳米复合材料作为吸附剂用于铀酰离子的快速吸附和分离。这种磁性纳米复合材料不仅能够实现吸附剂在溶液中的简便快速的分离，还对铀酰离子有高达523.5mgg-1的吸附量，是目前所报道的MOF类吸附材料中是最高的。另外，该材料还具有优异的镧锕分离效果。