一种亚胺基COFs纳米纤维膜及其制备方法与在吸附碘上的应用

本发明属于复合纤维材料制品，具体涉及一种亚胺基cofs纳米纤维膜及其制备方法与在吸附碘上的应用。

背景技术：

1、核能作为一种高效、清洁的能源，在全球得到广泛应用，但是由于管理不善和自然灾害等原因也会造成核灾难和核事故等发生，使空气、水体、土壤等受到多种具有放射性和化学毒性的核素污染。如129i是235u核裂变产物，其半衰期长达1.57×107年，并易于形成气凝胶，严重威胁周围环境安全和人类健康。因此，探索高效和环境友好的碘元素吸附材料和分离技术，对于核事故应急处理和环境保护具有重要的实际意义。

2、目前常用的放射性碘吸附材料有活性炭、银沸石、金属有机框架(mofs)和多孔聚合物(pop)等，但这些材料存在吸附容量低、稳定性差等缺点。共价有机框架(cofs)材料是一类由有机构筑单元通过共价键连接而成，具有结晶性和周期性的多孔材料，具有高比表面积、低密度、结构精确可调等特点，在物质吸附、储存与分离、非均相催化、传感、光电等方面具有广泛应用。

3、而在具有可调孔隙率和大比表面积的cofs材料上修饰各种选择性功能基团，cofs将成为吸附和富集放射性碘的理想材料。同时考虑到粉末状cofs使用不便的问题，将其制成纳米纤维膜可更高效地吸附和回收气态碘蒸汽和溶液中的碘，从而为解决核废料中放射性碘的回收和处理问题提供技术支持。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明提出一种亚胺基cofs纳米纤维膜及其制备方法与在吸附碘上的应用，以解决传统目前碘吸附材料存在的吸附容量低、稳定性差、使用不便等技术问题。

3、(二)技术方案

4、为了解决上述技术问题，本发明提出一种亚胺基cofs纳米纤维膜制备方法，该制备方法为，将亚胺基cofs粉末、分散剂与溶剂混合均匀，得到纺丝液；使用纺丝液进行静电纺丝，得到亚胺基cofs纳米纤维膜。

5、进一步地，亚胺基cofs粉末的粒径为50μm以下。

6、进一步地，分散剂为聚丙烯氰、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种；溶剂为乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺中的任意一种。

7、进一步地，亚胺基cofs粉末、分散剂与溶剂的质量比为1:(1～20):(10～60)；亚胺基cofs粉末的负载量为30～100g/m2。

8、进一步地，亚胺基cofs粉末为tapt-dhta、tfpt-db、tapt-bpy和tfpt-bd中的一种或多种，由氨基单体和醛基单体通过溶剂热方法合成得到，tapt-dhta、tfpt-db、tapt-bpy和tfpt-bd对应的氨基单体和醛基单体分别为4',4”-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯胺和2,5-二羟基对苯二甲醛，4,4,4-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯甲醛和2,5-二氨基苯甲腈，4',4”-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯胺和5,5'-二氨基-2,2'-联吡啶，4,4',4”-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯甲醛和4,4'-二氨基联苯。

9、进一步地，静电纺丝参数为：正电压5.0～20kv，注射速率0.05～0.5mm/min，接收距离10～40cm，滚筒转速20～100r/min，纺丝温度为室温～40℃，接收纤维膜的材料为锡箔纸、铝箔纸、无纺布的一种。

10、此外，本发明还提出一种亚胺基cofs纳米纤维膜，该亚胺基cofs纳米纤维膜采用上述方法制备得到。

11、进一步地，亚胺基cofs纳米纤维膜用于吸附和富集气态碘蒸汽和溶液中的碘。

12、进一步地，将亚胺基cofs纳米纤维膜置于气态碘蒸汽中进行直接吸附；其中，以气态碘蒸汽的体积计，亚胺基cofs纳米纤维膜的使用量为0.05～1g/l。

13、进一步地，将亚胺基cofs纳米纤维膜直接置于含碘溶液中；其中，以含碘溶液体积计，亚胺基cofs纳米纤维膜的使用量为1～10g/l。

14、(三)有益效果

15、本发明提出一种亚胺基cofs纳米纤维膜及其制备方法与在吸附碘上的应用，通过利用共价有机框架的可设计性特点，选择与碘有强相互作用的不同有机单体，调节共价有机框架的组成，通过溶剂热法合成出多种不同结构的亚胺基cofs粉末，再通过静电纺丝法将亚胺基cofs粉末转变成复合纳米纤维膜，该复合纳米纤维膜不但保留亚胺基cofs材料优良的碘吸附性能，而且使用和回收较原cofs粉末更加方便，具有高比表面积、大孔容、富电子结构以及良好的化学稳定性等特点，更适合用于吸附和回收气态碘和溶液中的碘，在75℃下对于气态碘的吸附容量最高可达6.46g/g，在室温下对于正己烷溶液中浓度为500ppm碘的吸附容量最高可达379mg/g。本发明能够为解决核废料中放射性碘的回收和处理难题提供可行的途径。

1.一种亚胺基cofs纳米纤维膜制备方法，其特征在于，所述制备方法为，将亚胺基cofs粉末、分散剂与溶剂混合均匀，得到纺丝液；使用纺丝液进行静电纺丝，得到亚胺基cofs纳米纤维膜。

2.如权利要求1所述的亚胺基cofs纳米纤维膜制备方法，其特征在于，所述亚胺基cofs粉末的粒径为50μm以下。

3.如权利要求1所述的亚胺基cofs纳米纤维膜制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯氰、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种；所述溶剂为乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺中的任意一种。

4.如权利要求1所述的亚胺基cofs纳米纤维膜制备方法，其特征在于，所述亚胺基cofs粉末、分散剂与溶剂的质量比为1:(1～20):(10～60)；亚胺基cofs粉末的负载量为30～100g/m2。

5.如权利要求1所述的亚胺基cofs纳米纤维膜制备方法，其特征在于，所述亚胺基cofs粉末为tapt-dhta、tfpt-db、tapt-bpy和tfpt-bd中的一种或多种，由氨基单体和醛基单体通过溶剂热方法合成得到，tapt-dhta、tfpt-db、tapt-bpy和tfpt-bd对应的氨基单体和醛基单体分别为4',4”-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯胺和2,5-二羟基对苯二甲醛，4,4,4-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯甲醛和2,5-二氨基苯甲腈，4',4”-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯胺和5,5'-二氨基-2,2'-联吡啶，4,4',4”-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯甲醛和4,4'-二氨基联苯。

6.如权利要求1所述的亚胺基cofs纳米纤维膜制备方法，其特征在于，静电纺丝参数为：正电压5.0～20kv，注射速率0.05～0.5mm/min，接收距离10～40cm，滚筒转速20～100r/min，纺丝温度为室温～40℃，接收纤维膜的材料为锡箔纸、铝箔纸、无纺布的一种。

7.一种亚胺基cofs纳米纤维膜，其特征在于，所述亚胺基cofs纳米纤维膜采用权利要求1～6任一项所述方法制备得到。

8.如权利要求7所述的亚胺基cofs纳米纤维膜的应用，其特征在于，所述亚胺基cofs纳米纤维膜用于吸附和富集气态碘蒸汽和溶液中的碘。

9.如权利要求8所述的亚胺基cofs纳米纤维膜的应用，其特征在于，将亚胺基cofs纳米纤维膜置于气态碘蒸汽中进行直接吸附；其中，以气态碘蒸汽的体积计，亚胺基cofs纳米纤维膜的使用量为0.05～1g/l。

10.如权利要求8所述的亚胺基cofs纳米纤维膜的应用，其特征在于，将亚胺基cofs纳米纤维膜直接置于含碘溶液中；其中，以含碘溶液体积计，亚胺基cofs纳米纤维膜的使用量为1～10g/l。