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 张安运;肖成梁;柴之芳;;硅基超分子识别材料在乏燃料后处理中的研究进展[J];化学进展;2011年07期
2 ;[J];;年期
3 ;[J];;年期
4 ;[J];;年期
5 ;[J];;年期
6 ;[J];;年期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
11 ;[J];;年期
12 ;[J];;年期
13 ;[J];;年期
14 ;[J];;年期
15 ;[J];;年期
16 ;[J];;年期
17 ;[J];;年期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 倪青玲;蒋选峰;黄廷洪;桂柳成;王修建;;含富π电子芳香环的多膦配体支撑的AuCl配合物:Au…C_(arene)作用探讨[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年
2 Takaaki Sonoda;;Some Aspects of Physical Organic Chemistry of Aryl Triflates:Experimental and Computational Investigations about Substituent and Leaving Group Effects on the Reactivities of Phenyl Cations and Benzyne Intermediates[A];中国化学会第十一届全国氟化学会议论文摘要集[C];2010年
3 胡继文;杨勇;刘俊芳;张丽娜;;杯芳烃及其衍生物的荧光性质研究[A];中国化学会第十届全国发光分析学术研讨会论文集[C];2011年
4 ;Novel Fused Heteroarenes for High-performance Field-effect Transistors[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年
5 蔡秀琴;刘凯强;张荷兰;侯晓育;刘樟;房喻;;胆固醇杯[4]芳烃衍生物的合成及其胶凝行为研究[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年
6 张华承;NathanL.Strutt;J.FraserStoddart;郝爱友;;功能化柱芳烃衍生物的合成及其自组装形为[A];中国化学会第28届学术年会第15分会场摘要集[C];2012年
7 金灿;张曼;强琚莉;潘毅;王乐勇;;多位点识别主体方胺衍生物的合成及阴离子识别研究[A];中国化学会第28届学术年会第15分会场摘要集[C];2012年
8 李聪聪;焦自玉;叶进启;杨发福;;杯芳烃-苯并菲盘状液晶的合成[A];中国化学会第28届学术年会第15分会场摘要集[C];2012年
9 张丽娜;杨勇;胡继文;王珊;;含氟杯[4]芳烃衍生物酸解离常数的测定[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年
10 杜尚超;毕研峰;廖伍平;;对叔丁基杯[8]芳烃3d-4f化合物的合成、结构及磁性研究[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012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 刘雷雷;含新型杯[4]芳烃金属配合物的合成与性质研究[D];苏州大学;2011年
3 舒晓燕;柱[5]芳烃衍生物的合成及其选择性键合行为的研究[D];上海大学;2012年
4 王鹤文;杯[4]芳烃席夫碱衍生物的合成及离子识别性能的研究[D];天津大学;2009年
5 寇玉辉;柱芳烃的合成及其结构研究[D];华南理工大学;2010年
6 李艳;基于含氢键授受体的硫杂杯芳烃自组装构建的纳米管[D];武汉大学;2011年
7 石志强;含荧光基团的杯[4]芳烃氮杂冠醚的合成及性能研究[D];天津大学;2009年
8 王涛;三苯三戊并烯衍生物的超分子化学研究[D];兰州大学;2012年
9 刘陆智;混柱[5]芳烃的主客体络合及自组装性能研究[D];华南理工大学;2012年
10 张子彬;共聚柱芳烃及柱芳烃的构造异构体[D];浙江大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈春梅;几种大孔硅基超分子识别材料制备及其吸附铯的基础特性研究[D];浙江大学;2011年
2 卢欢欢;杯[4]芳烃衍生物的合成及性质的初步研究[D];东北师范大学;2010年
3 陈志钊;双柱[5]芳烃初步合成研究探讨[D];华南理工大学;2010年
4 徐艳梅;基于有机小分子的光学和电化学传感技术的研究[D];南京林业大学;2011年
5 陈好雨;喹诺酮类化合物与磺化杯芳烃超分子结合体系的研究[D];山西大学;2010年
6 丁雪苹;杯[4]芳烃衍生物的合成及在分析化学中的应用[D];安徽师范大学;2011年
7 董秀楠;杯[4]磺酸衍生物的合成及其与人血清白蛋白相互作用的研究[D];东北师范大学;2011年
8 丁海军;杯芳烃衍生物的合成及其对金属离子萃取性能的应用研究[D];华东理工大学;2011年
9 柴先锋;新型对叔丁基杯“6”芳烃氮杂衍生物的合成与性能研究[D];福建师范大学;2010年
10 王雪莹;水溶性杯芳烃衍生物的合成及其在生物分析中的应用[D];济南大学;2010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