本發(fā)明屬于光催化，涉及一種光催化復(fù)合膜及其制備方法和應(yīng)用，具體涉及一種噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、鈾作為核能發(fā)電和核工業(yè)的關(guān)鍵原材料，是全球向低碳能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵戰(zhàn)略資源。然而，鈾礦開(kāi)采、核燃料循環(huán)和核廢料處理過(guò)程不可避免地產(chǎn)生含鈾的廢水。由于半衰期長(zhǎng)，u(vi)物種表現(xiàn)出持久的環(huán)境流動(dòng)性和放射性毒性，通過(guò)生物積累和潛在的誘變效應(yīng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成放射性損害的重大風(fēng)險(xiǎn)。此外，全球鈾儲(chǔ)量有限且分布不均，僅能滿足未來(lái)幾十年的需求。目前的廢水除鈾材料主要存在形式是粉末，易團(tuán)聚且不易分離提取，回收和再利用較為困難，限制了在實(shí)際應(yīng)用中的可持續(xù)性。
2、因此，開(kāi)發(fā)新的能夠選擇性吸附和回收廢水中鈾的材料是至關(guān)重要的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜及其制備方法和應(yīng)用，以解決背景技術(shù)中提出的目前的廢水除鈾材料主要存在形式是粉末，易團(tuán)聚且不易分離提取，回收和再利用較為困難，限制了在實(shí)際應(yīng)用中的可持續(xù)性的問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的制備方法，包括以下步驟：
3、s1、在室溫下，將四-(4-氨基苯)乙烯、噻吩并[3，2-b]噻吩-2，5-二甲醛和羧基化納米纖維素溶解于混合溶劑中并混合均勻，得到第一混合溶液，混合溶劑為均三甲苯和苯甲醇的混合溶劑；
4、s2、向步驟s1得到的第一混合溶液中加入催化劑乙酸，然后經(jīng)冷凍-解凍循環(huán)脫氣并密封，再在120℃～150℃下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后過(guò)濾收集紅色沉淀物，洗滌，真空干燥；
5、s3、將干燥的紅色沉淀物超聲分散在有機(jī)溶劑中，再抽濾在無(wú)紡布上，真空干燥后得到噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜。
6、在一種具體的實(shí)施方式中，步驟s1中，所述四-(4-氨基苯)乙烯和噻吩并[3，2-b]噻吩-2，5-二甲醛的摩爾比為1：1.5～2.5，羧基化納米纖維素添加量為0.5g/ml～5g/ml。
7、在一種具體的實(shí)施方式中，步驟s1中，所述四-(4-氨基苯)乙烯摩爾濃度為0.05～0.07mmol/ml，噻吩并[3，2-b]噻吩-2，5-二甲醛摩爾濃度為0.11～0.13mmol/ml，羧基化納米纖維素含量為2～2.5％。
8、在一種具體的實(shí)施方式中，所述步驟s1中的混合溶劑中，均三甲苯和苯甲醇的體積比為1：8～10。
9、在一種具體的實(shí)施方式中，步驟s2中，所述乙酸的摩爾濃度為4～6mol/l，所述乙酸的體積與混合溶劑的體積比為1：0.1～0.2；步驟s2中的反應(yīng)時(shí)間為72h～120h；步驟s2和步驟s3中，真空干燥的溫度為50℃～80℃。
10、在一種具體的實(shí)施方式中，步驟s3中，所述有機(jī)溶劑為n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、四氫呋喃中的一種。
11、本發(fā)明還提供了一種噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜，所述噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜是采用如前所述的噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的制備方法制備得到的。
12、本發(fā)明還提供了一種噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的應(yīng)用，將如前所述的噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜作為光催化膜應(yīng)用在含鈾廢水循環(huán)過(guò)濾裝置中。
13、在一種具體的實(shí)施方式中，所述含鈾廢水循環(huán)過(guò)濾裝置包括膜組件；所述膜組件包括上模塊和下模塊，所述上模塊和下模塊之間設(shè)有反應(yīng)腔體；所述噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜水平鋪設(shè)在所述上模塊和下模塊圍成的反應(yīng)腔體中，并將反應(yīng)腔體分為上下兩部分，且使所述噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜上固定有紅色共價(jià)有機(jī)框架纖維素材料的一側(cè)朝向光照方向。
14、在一種具體的實(shí)施方式中，處理含鈾廢水的方法為：將含鈾廢水通入鋪設(shè)了所述噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的含鈾廢水循環(huán)過(guò)濾裝置中，在可見(jiàn)光條件下對(duì)含鈾廢水中的鈾酰離子進(jìn)行吸附還原去除。
15、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：
16、(1)本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有共價(jià)有機(jī)框架主要存在形式是粉末，回收和再利用較為困難，限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的可持續(xù)性。將可作為電子受體單元的四-(4-氨基苯)乙烯、可作為電子供體單元的噻吩并[3，2-b]噻吩-2，5-二甲醛與羧基化纖維素通過(guò)酸催化的希夫堿縮合反應(yīng)和原位生長(zhǎng)法制備成噻吩類(lèi)亞胺-cnc-cof，再通過(guò)抽濾法將其制備成易于操作的纖維素膜，即4pe-tt-cncm。4pe-tt-cncm具有光催化效率快、穩(wěn)定性好、鈾選擇性好、循環(huán)性好和方便回收的優(yōu)點(diǎn)，表明該噻吩類(lèi)共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜在光催化處理含鈾廢水和鈾回收領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
17、(2)采用本發(fā)明提供的制備方法制備噻吩類(lèi)共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜，具有分層的孔徑、較大的比表面積(777.09m2/g)和孔體積(0.55cm3/g)，方便u(vi)進(jìn)入到孔道內(nèi)部接觸到更多的催化位點(diǎn)。
18、(3)采用本發(fā)明提供的制備方法制備噻吩類(lèi)共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜4pe-tt-cncm，和粉末狀的噻吩類(lèi)共價(jià)有機(jī)框架材料4pe-tt相比，光電流響應(yīng)性能和光催化除鈾性能得到提升，證明4pe-tt-cncm提升了4pe-tt的光催化活性，并且本發(fā)明提供的制備方法對(duì)其他光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的制備具有一定借鑒意義。
19、(4)本發(fā)明還提供了一種噻吩類(lèi)共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜在含鈾廢水循環(huán)過(guò)濾裝置中的應(yīng)用，以本發(fā)明的噻吩類(lèi)共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜作為循環(huán)過(guò)濾裝置的光催化劑和過(guò)濾膜，即可在過(guò)濾過(guò)程中通過(guò)施加光源而實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中u(vi)的有效去除，吸附容量可達(dá)347.45mg/g，同時(shí)能夠把高毒性的u(vi)還原為低毒性的uo2，對(duì)于治理含鈾廢水環(huán)境污染問(wèn)題具有重要促進(jìn)作用。
20、除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
1.一種噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述四-(4-氨基苯)乙烯和噻吩并[3，2-b]噻吩-2，5-二甲醛的摩爾比為1：1.5～2.5，羧基化納米纖維素添加量為0.5g/ml～5g/ml。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述四-(4-氨基苯)乙烯摩爾濃度為0.05～0.07mmol/ml，噻吩并[3，2-b]噻吩-2，5-二甲醛摩爾濃度為0.11～0.13mmol/ml，羧基化納米纖維素含量為2～2.5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中的混合溶劑中，均三甲苯和苯甲醇的體積比為1：8～10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述乙酸的摩爾濃度為4～6mol/l，所述乙酸的體積與混合溶劑的體積比為1：0.1～0.2；步驟s2中的反應(yīng)時(shí)間為72h～120h；步驟s2和步驟s3中，真空干燥的溫度為50℃～80℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述有機(jī)溶劑為n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、四氫呋喃中的一種。
7.一種噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜，其特征在于，所述噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜是采用如權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述的噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的制備方法制備得到的。
8.一種噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的應(yīng)用，其特征在于，將如權(quán)利要求7所述的噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜作為光催化膜應(yīng)用在含鈾廢水循環(huán)過(guò)濾裝置中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的應(yīng)用，其特征在于，所述含鈾廢水循環(huán)過(guò)濾裝置包括膜組件；所述膜組件包括上模塊和下模塊，所述上模塊和下模塊之間設(shè)有反應(yīng)腔體；所述噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜水平鋪設(shè)在所述上模塊和下模塊圍成的反應(yīng)腔體中，并將反應(yīng)腔體分為上下兩部分，且使所述噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜上固定有紅色共價(jià)有機(jī)框架纖維素材料的一側(cè)朝向光照方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的應(yīng)用，其特征在于，處理含鈾廢水的方法為：將含鈾廢水通入鋪設(shè)了所述噻吩類(lèi)光催化共價(jià)有機(jī)框架纖維素膜的含鈾廢水循環(huán)過(guò)濾裝置中，在可見(jiàn)光條件下對(duì)含鈾廢水中的鈾酰離子進(jìn)行吸附還原去除。