摘要：

稀土元素作为一种战略资源受到高度重视,被称为"现代工业纤维素"和"现代工业黄金".由于其独特的电学,光学和磁学特性,稀土元素成为核工业,制药业和生命科学产业的重要原材料.然而,稀土冶炼废水是稀土资源的重要来源,由于其复杂的成分,潜在的环境毒性和现代工业的高纯度要求,已经引起了研究者的极大关注.钆(Gd)是未成对电子最多,磁矩最大的元素,使其成为中子吸收器和其他高科技材料等应用的理想选择.近年来,对高纯度Gd的需求不断增加,强调了从稀土冶炼废水中选择性地分离Gd(Ⅲ)的重要性.因此,开发有效的吸附剂从废水中选择性地回收Gd(Ⅲ),具有重要的环境和经济意义.金属有机框架(MOFs)作为一类新型的吸附剂,具有明显的优势,如高化学稳定性,大比表面积,可控结构和易于改性.然而,目前大多数MOFs材料有限的活性位点和较差的选择性阻碍了它们在Gd(Ⅲ)回收中的有效使用.为了解决这个问题,本课题提出了一种结合表面离子印迹和混合配体构造缺陷的新策略,合成了基于磷酸修饰的缺陷Ui O-66-NH2纳米颗粒(PAMDUNs)的Gd(Ⅲ)离子印迹MOFs(G-IIMs),并将其应用于水溶液中对Gd(Ⅲ)的选择性吸附.通过一系列的表征,包括XRD,FTIR,N2吸附和解吸实验,TGA和SEM,揭示了吸附剂的形态,化学成分,晶体结构,比表面积和孔隙结构,证实了G-IIMs的成功合成.在这项研究中,2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)不仅被用作单齿配体,在Ui O-66-NH2上原位诱导产生氧空位,并形成多级孔结构,还被用作印迹层中的功能单体,对Gd(Ⅲ)具有很强的配位能力.研究结果表明,所得到的UN-2-HPA-IIM3材料在298 K和p H=5.5条件下对Gd(Ⅲ)的吸附能力高达174.4 mg g-1,而且平衡时间为30 min,相对选择性系数kr>7.此外,该材料显示出良好的可重复使用性,在第5次循环后,对Gd(Ⅲ)的吸附能力为156.5 mg g-1.吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温线模型,说明UN-2-HPA-IIM3对Gd(Ⅲ)的吸附过程是单层吸附,由吸附剂和金属离子之间的化学作用驱动.吸附过程具有吸热性和自发性.通过FTIR和XPS研究了UN-2-HPA-IIM3在吸附Gd(Ⅲ)前后的吸附机制,发现该材料通过配位作用与实际废水中的Gd(Ⅲ)结合.吸附剂表现出优异的Gd(Ⅲ)吸附性能和选择性,归因于UN-2-HPA-IIM3结构中的表面离子印迹和混合配体构造缺陷策略相结合所产生的多级孔结构,以及丰富的结合位点和Gd(Ⅲ)印迹空腔.这些发现不仅证明了G-IIMs在处理含钆废水方面的成效,同时也为开发新型MOFs材料提供了指导.

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