锆基金属-有机骨架材料分离放射性气体Rn的计算筛选研究
2021-06-03王莹郑柏树王刘盛汪冠宇曾文江汪朝旭阳庆元
王莹,郑柏树,王刘盛,汪冠宇,曾文江,汪朝旭,阳庆元
(1湖南科技大学化学化工学院,精细聚合物可控制备及功能化应用重点实验室,理论有机化学与功能分子重点实验室,湖南湘潭411201;2北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室,北京100029)
引 言
由泥土、天然岩石或花岗岩石等制造的混凝土建筑材料,会持续不断地释放出放射性气体氡(Rn)。目前,该气体已被列为室内空气的最重要污染物之一[1]。当人体吸入一定量的Rn后,会对人体内的肺部组织和细胞造成电离损伤,从而增加人们患肺癌的风险[2]。此外,Rn及其放射性子体还可能引发白血病、不孕不育、基因畸形遗传等病症[3]。因此,迫切需要开发在温和条件下可高效捕获室内空气中放射性Rn的新型高性能材料。
金属-有机骨架材料(MOF)[4-13]是一类由有机配体和金属离子(或金属离子簇)通过配位键所形成、具有规则网络拓扑结构的新型多孔晶态物质,具有比表面积高、孔隙率大、结构可设计和调控等优点,在气体存储[14-21]、分离[22-32]、催化[33-35]等诸多领域显示出较大的应用潜力。在利用MOF吸附分离放射性气体方面,研究者们已经做了大量相关工作。如Cao等[36]利用巨正则系综Monte Carlo模拟方法(GCMC),在常温常压下研究了23种MOF材料对室内空气中Rn的吸附分离性能,发现ZIF-12对Rn的分离性能最佳,在Rn的摩尔分数为0.01%时,ZIF-12对于Rn/O2和Rn/N2两种二元混合气中Rn的选择性分别高达1750和2800。Sumer等[37]采用平衡分子动力学和Monte Carlo模拟方法模拟了Xe/Kr、Xe/Ar和Xe/Rn在115种MOF材料中的吸附、扩散及分离行……
