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阳离子多孔芳香骨架材料高效富集和检测(99TcO4-/ReO4-)及其机理研究认领

被引量： 1

作者：

许东阳

学位授予单位：

南华大学

摘要：

随着核工业的快速发展,核能发电已经成为全球重要发电方式之一。核电发展的同时也产生了一系列放射性污染废弃物,包括放射性废液和废气,一旦进入环境将会对生物圈甚至全球生态系统造成长久不可估量的损害。其中,99TcO4-是一种长寿命的放射性阴离子,其水溶性高、电荷密度低、迁移能力强、不易被吸附。废水中的99TcO4-没有经过及时地监测和去除就排放到环境中,则很容易进入地下水系统中,进而通过食物链富集到人体中,对人类生存造成威胁。另外,锝具有从-1价到+7价的各种化学态,其优异的配位化学性质为设计合成适应不同生物体内分布要求的锝放射性药物提供了较好的应用前景。因此,开发能够特异性识别99TcO4-的药物载体材料具有重要意义。针对上述问题,本课题首次将含有金属铱的阳离子型金属有机配合物引入到多孔芳香骨架材料（Porous Aromatic Frameworks,PAFs）中,由于发光配体中心是带有一个正电荷的离子型化合物,所构筑的材料（命名为Ir-PAF）也是带有正电荷的阳离子骨架材料并具有铱的有机配合物的荧光特性。结果表明,阳离子型的Ir-PAF不仅对99TcO4-及其类似物ReO4-具有良好的吸附能力,吸附容量达到112.9 mg（ReO4-）/g,同时通过荧光增强机制Ir-PAF能选择性地检测水中低浓度的ReO4-,检测下限达到556.9μg/L（ppb）。借助密度泛函理论计算及量子产率、荧光寿命等测试对选择性荧光检测机理进行了解释。（1）联系课题研究的背景以及国际前沿进展,简要地叙述本课题研究的目的和意义。（2）概述了新型阳离子芳香聚合材料构建方法:首先从原材料三氯化铱（IrCl3）先后与苯基吡啶和5,5’-二溴-2,2’-联吡啶经两步反应合成生成5,5’-二溴-2,2’联吡啶基-二苯基吡啶氯化铱[Ir（ppy）2（2,2’-Br2-5,5’-bpy）+（Cl）-]。然后利用该配体与四-（4-苯基硼酸酯）甲烷发生Suzuki缩合反应,经纯化处理后得到金属铱配合物接枝的多孔芳香骨架（Ir-PAF）。用多种测试手段对Ir-PAF及中间产物进行了分析和鉴定。（2）系统研究了Ir-PAF对99TcO4-/ReO4-的吸附性能及荧光检测性能:结合各种实验表征数据分析材料性能和检测机理,根据使用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、比表面积测量和粉末X射线衍射（PXRD）和固态13C交叉极化/魔角自旋核磁共振（SS-NMR）等方法详细表征了材料的特征基团、微观形貌、孔容孔径等。通过测试Ir-PAF的紫外吸收光谱（UV）、吸附前后红外谱图（IR）变化、元素分析（EDS）、ReO4-的吸附动力学、荧光光谱（FL）、水溶液中不同阴离子竞争实验、模拟Hanford低放废液中ReO4-荧光变化等测试方法进一步阐释材料检测ReO4-和TcO4-的机理。最后,使用基于密度泛函理论（DFT）的理论计算方法,对材料中金属配合物发光中心分别与NO3-、ReO4-、TcO4-相互作用的结合能及其结合后分子跃迁基态与激发态的能级差做了模拟计算,结合Ir-PAF吸附ReO4-前后荧光寿命与量子产率的变化分析了荧光增强的机制。（4）对本论文的研究内容做出总结,并在此基础上归纳指出研究的意义,展望未来的发展前景。

摘要译文

关键词：

锝-99; 二阶非线性发光中心; 铱; 荧光; 多孔芳香骨架

学位年度：

2020

学位类型：

硕士

学科专业：

制药工程（专业学位）

导师：

刘永彭国文唐康喜王殳凹

中图分类号：

X837[放射性污染、电磁污染监测⑨]

学科分类号：

0804[仪器科学与技术];082803[农业生物环境与能源工程]

D O I：

10.27234/d.cnki.gnhuu.2020.000904