α-TiP插层化合物的制备及其应用

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非晶态金属磷酸盐早已为人们所熟知,并在1955年至1965年期间受到了广泛的关注,特别是它们作为无机离子交换剂在高温或大剂量电离辐射下发生的过程中的潜在用途。以α-四价金属磷酸盐为例,属于PO43-四面体基团的氧能以不同的方式、不同的数目与四价金属呈八面体的构型共享。它们是层间有着大量氢离子的典型的阳离子层状化合物,因此有很强的阳离子交换能力。本研究以α-磷酸钛为目标物,采用直接离子交换法制备了二胺柱撑α-磷酸钛插层化合物,插层二胺的碳链从(NH2(CH2)nNH2)n=2-7。以1,3-丙二胺为柱撑剂,考察了反应体系的pH值、温度对1,3-丙二胺的插层效果。多种表征结果表明,α-磷酸钛层间距离从7.6(?)扩展到15.23(?)。层空间结构由单分子组成烷基链与层板的平均倾斜角为75.6°。最后,在弱酸性环境下,直接离子交换法更有效,温度对插层几乎没有影响。以环胺为插层主体时,将部分环胺与磷酸反应制备磷酸盐溶液,与α-磷酸钛进行接触反应。通过直接离子交换的方法获得插层产物。多种表征结果表明,苯胺、苯二胺、苯甲胺、苯乙胺、咪唑、N-甲基咪唑可以嵌入α-磷酸钛的层间,且α-磷酸钛的层板结构保持完整没有被破坏。而吡嗪、嘧啶、哒嗪却不能用此方法嵌入到α-磷酸钛的层间。这主要与嵌入客体的p Ka密切有关,p Ka极大地控制了层状磷酸盐的嵌入客体分子的含量和主体化合物的结构。呈碱性的客体能够通过直接离子交换法嵌入α-磷酸钛的层间,而不能嵌入层间的客体的水溶液一般呈酸性。通过直接离子交换法将1,3-丙二胺快速柱撑到α-磷酸钛(α-TiP)层,得到了复合材料α-Ti(HPO4)2·0.8NH2(CH2)3NH2·0.29H2O(α-TiPPda),将插层前后的材料应用于Eu(Ⅲ)的提取分离,通过不同条件下(时间,等温线,动力学,pH和竞争离子等)的批次实验对Eu(Ⅲ)在α-TiPPda和α-TiP上的吸附性能进行系统研究。并对其吸附机理进行了简单的探究。研究发现在溶液pH=5,T=25℃,t=2 h,m/V=1 g/L时,α-TiPPda对Eu(Ⅲ)的吸附量达到173.68 mg/g,而α-TiP对Eu(Ⅲ)的吸附值达到37.7 mg/g,α-TiPPda对Eu(Ⅲ)的吸附效果得到了明显改善。且研究发现Eu3+的吸附仅发生在α-TiP的表面,故吸附量较少。而在α-TiPPda中,Eu(Ⅲ)与1,3-丙二胺离子发生了离子交换,并成功的进入了α-TiPPda的层间。
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