收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

硅基超分子识别材料制备、表征及其吸附发热元素铯和锶的基础特性研究

肖成梁  
【摘要】:高放废液(HLLW)的处理处置是核燃料循环技术中的关键环节,也是一个世界性的难题,对核电的可持续健康发展具有重要意义。137Cs和90Sr是高放废液中的发热元素,因其发热可能引起的物理化学不稳定性被认为是影响HLLW玻璃固化体安全处置最危险的有害元素。若能将其分离,不但能达到减少玻璃固化体积、缩短冷却废液时间和废物储存年限的目的,且由于热量释放的减少,有助于地质处置时操作的简化和成本的显著降低。本文以HLLW中发热元素Cs(Ⅰ)和Sr(Ⅱ)为分离对象,研究了新型固定化灌注型大孔硅基超分子识别材料的制备、表征及其对10余种典型共存金属离子的吸附性能。主要研究结果如下: 研究并改进了Calix[4]arene-crown-6衍生物的合成工艺条件,以元素分析、FT-IR、ESI-MS、XRD和'HNMR等手段对中间产物和目标化合物的化学组成和结构等进行了表征,获得了较佳的合成技术路线。 研究了10余种Calix[4]arene-crown-6衍生物(取代基=C3H7-C12H25)的DSC, FT-IR和PXRD谱图,获得了取代基与其物理化学性质之间的关系。结果表明:随着取代基碳原子数目的增加,Calix[4]arene-crown-6衍生物的熔点呈交替下降趋势;C-H伸缩振动吸收峰发生红移现象,C-O伸缩振动吸收峰发生蓝移现象;各主要晶面的X-射线衍射角变小,对应其晶面间距增大;Calix[4]arene-crown-6晶体内分子以“头对头,尾对尾”的方式堆积,呈现出一定的两亲性;根据杂化轨道理论,取代基为偶数碳原子的Calix[4]arene-crown-6分子以错开平行排列方式堆积,比奇数碳原子的堆积位阻更小,堆积更紧密,熔点相应地比奇数碳原子的Calix[4]arene-crown-6高。 基于固定化真空活化灌注技术,以大孔硅基SiO2-P为载体制备了6种新型的大孔硅基超分子识别材料Calix[4]arene-crown-6/SiO2-P(Calix[4]arene-crown-6 =BnPCalix[4]C6、BiPCalix[4]C6、BnACalix[4]C6、BnOCalix[4]C6、BiOCalix[4]C6和BnUCalix[4]C6);以SEM、N2吸附-脱附等温线、TG-DSC、FT-IR、29SiNMR和PXRD等手段对其结构进行了表征,揭示了Calix[4]arene-crown-6、SiO2载体和聚合物三者之间的复合机理,以物理方式而非化学键合的复合机理得到了验证。 研究了HNO3浓度、接触时间和温度变化等因素对Calix[4]arene-crown-6/SiO2-P吸附Cs(Ⅰ)、Sr(Ⅱ)及10余种共存金属离子行为的影响。结果表明:6种Calix[4]arene-crown-6/SiO2-P材料均对Cs(Ⅰ)有良好的识别性能,吸附速率过程较快;Cs(Ⅰ)的吸附分配系数(Kd)随HN03浓度的增加先增加后减小,最佳吸附酸度为2.0 M或3.0 M HNO3;被实验的其它金属离子基本不吸附或为弱吸附;Calix[4]arene-crown-6/SiO2-P在HNO3溶液中有较高的稳定性;随着取代基碳链的增长,Calix[4]arene-crown-6/SiO2-P对Cs(Ⅰ)的吸附能力增加,吸附速率相对较慢;直链Calix[4]arene-crown-6/SiO2-P比相应的支链异构体超分子识别材料的吸附能力更强;在3.0 M HNO3溶液中,对Cs(Ⅰ)的吸附能力大小依次为BnUCalix[4]C6/SiO2-P BnOCalix[4]C6/SiO2-P BnACalix[4]C6/SiO2-P BiPCalix[4]C6/SiO2-P BnPCalix[4]C6/SiO2-P BiOCalix[4]C6/SiO2-P。 以BiPCalix[4]C6/SiO2-P为代表,研究了大孔硅基超分子识别材料吸附Cs(Ⅰ)的性能和机理。结果表明:BiPCalix[4]C6/SiO2-P对Cs(Ⅰ)的吸附为单分子层化学吸附,符合Langmuir等温吸附模型;在吸附过程中形成1:1的配合物;Cs(Ⅰ)的吸附容量为0.20mmol/g. 制备了4种新型的大孔硅基冠醚超分子识别材料Crown-ether/SiO2-P(Crown-ether=DCH18C6,DB18C6、DtBuDB18C6和DtBuCH18C6),以N2吸附-脱附等温线、TG-DSC、FT-IR和PXRD等手段对其组成、结构及复合机理进行了表征;考察了HNO3浓度变化对Crown-ether/SiO2-P吸附Cs(Ⅰ)、Sr(Ⅱ)及10余种共存金属离子行为的影响。结果表明:与其它三种Crown-ether/SiO2-P相比,DtBuCH18C6/SiO2-P对Sr(Ⅱ)有良好的识别性能,其吸附分配系数Kd随HN03浓度的增加而增加,且表现出较高的化学稳定性。 基于杯芳冠醚和冠醚各自的特点,创新性地制备了由BiPCalix[4]C6和DtBuCH18C6相互修饰的新型大孔硅基协同超分子识别材料BiPDtBu/SiO2-P;以N2吸附-脱附等温线、TG-DSC、FT-IR和PXRD等手段对其进行了表征;研究了HNO3浓度和接触时间变化等因素对BiPDtBu/SiO2-P吸附Cs(Ⅰ)、Sr(Ⅱ)及10余种共存金属离子的影响。结果表明:BiPDtBu/SiO2-P对Cs(Ⅰ)和Sr(Ⅱ)均表现出良好的识别性能,最佳酸度为3.0 MHNO3,除Rb(Ⅰ)和Ba(Ⅱ)外,对其它金属离子基本不吸附或弱吸附,且具有较快的吸附速率和较好的化学稳定性;基于BiPDtBu/SiO2-P在HN03溶液中对发热元素Cs(Ⅰ)和Sr(Ⅱ)的良好识别性能,提出了从酸性HLLW中同时分离发热元素Cs(Ⅰ)和Sr(Ⅱ)的SSPEC色谱分离技术流程。 本论文实验结果表明:在与真实HLLW酸度相同的3.0M HNO3介质中,大孔硅基超分子识别材料BnUCalix[4]C6/SiO2-P和DtBuCH18C6/SiO2-P对发热元素Cs(Ⅰ)和Sr(Ⅱ)分别具有优良的吸附性能和高选择性,大孔硅基协同超分子识别材料BiPDtBu/SiO2-P则对Cs(Ⅰ)和Sr(Ⅱ)同时具有优良的吸附性能和高选择性,这为从HLLW中色谱分离Cs(I)、Sr(II)以及同时有效分离Cs(Ⅰ)和Sr(Ⅱ)提供了理论与实验依据。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 孙涛;李媛媛;张华承;郝爱友;;基于环糊精的分子印迹技术[J];化学进展;2010年05期
2 杨郁,双少敏,钞建宾,张国梅,丁海云,董川;β-环糊精对氨基苯甲酸同分异构体的分子识别作用的研究[J];化学学报;2004年02期
3 赵邦屯,张衡益,刘育;杯[4]芳烃的构象控制和分子识别研究进展[J];洛阳师范学院学报;2004年05期
4 宋立明,于景生,齐海霞,王秋生,李国文;含腺嘌呤双亲化合物的合成与膜内的分子识别[J];高等学校化学学报;2005年10期
5 李小红;曹玉华;;乙酰甲胺磷分子印迹聚合物识别特性的光谱研究[J];光谱实验室;2009年01期
6 曾广植;陈镜泓;魏诗泰;;分子识别中的C-9规律[J];化学通报;1982年02期
7 陆国元;有机底物的分子识别[J];化学通报;1995年11期
8 尤长城,李玉梅,刘育;超分子体系中的分子识别研究27. 单-[6-(8-氧喹啉基)]-β-环糊精与模型底物分子识别的荧光光谱研究[J];南开大学学报(自然科学版);1999年03期
9 张敏,史真,白银娟;β-环糊精对TO、NTO分子识别的MALDI-TOF-MS研究[J];含能材料;2005年03期
10 雷启福,钟世安,向海艳,周春山,于典;儿茶素活性成分分子印迹聚合物的分子识别特性及固相萃取研究[J];分析化学;2005年06期
11 王虹,黄亮,孙彦;分子印迹聚合物材料的制备及其应用[J];化学工业与工程;2005年05期
12 张丽芬;分子印迹技术及其在痕量分析的应用[J];曲靖师范学院学报;2005年03期
13 巫文静;鲁润华;高海翔;曹玉娟;师彦平;;胍基化合物在分子识别中的应用[J];合成化学;2005年06期
14 屠春来;郑超;陈燕;舒谋海;;基于杯[6]芳烃的分子容器的合成及其对有机铵的可逆识别[J];高等学校化学学报;2007年10期
15 袁小红;徐筱杰;丘小惠;;柯里拉京分子印迹聚合物的制备及其分子识别能力[J];药学学报;2007年11期
16 齐普荣;王光辉;甄利军;于荣;邓南圣;;分子识别作用下光催化降解偶氮染料酸性红B[J];化学工程;2007年12期
17 艾婷婷;李奇崎;梁涛;屠春来;舒谋海;;N_4-calix[6]arene及其铜锌配合物的合成与电喷雾质谱表征[J];无机化学学报;2008年07期
18 马玉哲;张俊杰;李红霞;;分子印迹聚合物的合成进展[J];河北理工大学学报(自然科学版);2008年04期
19 潘浪胜;刘敏敏;田红锦;刘跃进;;木犀草素分子印迹聚合物的分子识别特性及固相萃取研究[J];高校化学工程学报;2009年02期
20 常勇慧;张斌;;3,5,7,3',4',5'-六羟基黄酮分子印迹聚合物制备及性能表征[J];广东化工;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 金龙一;侯瑞斌;陈铁;尹炳柱;;单氮杂苯并-34-冠-11及其聚轮烷的合成[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
2 郑小明;;分子识别过程的热力学半定量研究(Ⅰ)[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
3 刘育;;超分子体系中分子识别的热力学起源[A];中国化学会第十三届全国化学热力学和热分析学术会议论文摘要集[C];2006年
4 于录;陈湧;刘育;;苯酰胺桥联环糊精对染料分子的识别[A];中国化学会全国第十三届大环化学暨第五届超分子化学学术讨论会论文选集[C];2006年
5 刘涛;邓洁丽;郭彩欣;张仁哲;江龙;;聚联乙炔囊泡生物传感器研究进展[A];中国化学会第26届学术年会胶体与界面化学分会场论文集[C];2008年
6 晋卫军;梁文娟;卫洪清;;利用卤键构建分子识别和化学传感体系[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
7 耿琰;汪晶晶;吴骊珠;佟振合;;四硫富瓦烯Schiff-Base吡啶有机配体的合成、光谱、电化学性质研究及其对Pb~(2+)的选择性识别[A];中国化学会第26届学术年会光化学分会场论文集[C];2008年
8 武元鹏;左芳;郑朝晖;丁小斌;彭宇行;;具有分子识别功能的磁性纳米粒子的制备及应用[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2009年
9 徐林飞;叶永;白银娟;;苯并咪唑型环蕃的合成及晶体结构研究[A];第六届全国化学生物学学术会议论文摘要集[C];2009年
10 施衍奇;黎学明;;超分子主体化合物cryptophane-M对CHCl_3分子识别的光谱研究[A];中国化学会第27届学术年会第06分会场摘要集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 肖成梁;硅基超分子识别材料制备、表征及其吸附发热元素铯和锶的基础特性研究[D];浙江大学;2011年
2 孙向英;荧光传感受体分子的设计、组装与分子识别[D];厦门大学;2003年
3 郭祥峰;亲水性萘酰亚胺阳离子荧光分子探针的设计、合成及性能[D];大连理工大学;2004年
4 扈靖;香豆素类金属离子探针的设计、合成及性能研究[D];天津大学;2008年
5 王涛;含多胺、二硫键以及硫醚结构的环肽的设计合成及分子识别研究[D];四川大学;2004年
6 卫艳丽;基于蛋白质内源荧光磷光的分子识别作用研究[D];山西大学;2006年
7 刘思敏;含甘脲结构单元大环化合物的合成及性质研究[D];武汉大学;2004年
8 张晓兵;用于电化学与光化学传感器研制的单卟啉与双卟啉类分子识别载体的制备与分析特性研究[D];湖南大学;2001年
9 李江胜;季氮阳离子与二苯并-24-冠-8构筑的超分子准轮烷[D];天津大学;2007年
10 郑细鸣;单分散分子印迹聚合物微球的制备、修饰及性能研究[D];华南理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张海燕;含腺嘌呤的杯芳烃衍生物的合成表征及其对核苷碱基的分子识别性质的研究[D];同济大学;2008年
2 李玲;α-猪去氧胆酸类钳形受体的设计合成及识别性能研究[D];四川大学;2003年
3 江慧;南瓜尼的合成及其与联苯胺的相互作用研究[D];扬州大学;2005年
4 雷启福;分子印迹聚合物的制备及其识别特性的应用研究[D];中南大学;2005年
5 张洪刚;Fe_3O_4/PTRIM磁性复合微球的制备与性质研究[D];天津大学;2004年
6 刘涛;冠醚对肾上腺素分子识别的电化学表征及理论研究[D];曲阜师范大学;2005年
7 李乾坤;核苷类杯芳烃衍生物的合成研究[D];同济大学;2007年
8 韦欣煜;以G-四链体为靶点的端粒酶抑制剂的合成及其活性研究[D];广东药学院;2008年
9 郑小燕;冠醚类化合物分子识别与超分子器件的理论研究[D];湘潭大学;2010年
10 姚虹;超分子体系识别作用的研究与应用[D];西北师范大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 于柏林;我科学家在分子识别领域有斩获[N];中国化工报;2006年
2 姜靖;王雪梅:驰骋分子生物世界[N];科技日报;2008年
3 本报记者 赵晖 通讯员 科宣;科技创新支撑经济社会发展[N];天津日报;2006年
4 张杰;散裂中子源是未来科学的新翼[N];科学导报;2006年
5 毛黎;转移核糖核酸结构含有重要进化信息[N];科技日报;2008年
6 李远森;单一对映体药物挑战传统手性药物[N];中国医药报;2005年
7 毛黎;美研究用人工细胞陷阱对付病毒[N];科技日报;2007年
8 本报记者 陈葳;无机层状特种功能材料开辟新天地[N];中国化工报;2002年
9 记者 张兆军;“有机纳米功能材料”研究获重大成果[N];科技日报;2000年
10 刘国艳 柴春彦;动物性产品中盐酸克伦特罗(瘦肉精)检测方法研究进展[N];中国畜牧报;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978