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随着化石能源的日益枯竭,清洁高效的核能受到了人们广泛的关注,然而,核能的发展不可避免地产生放射性废物。137Cs和90Sr是由235U或239Pu裂变产生的放射性同位素,它们具有较长的半衰期(t1/2分别为30.2和28.8年),其中137Cs产生强γ射线辐射,90Sr产生强β射线辐射。在环境中它们常以离子的形式存在,137Cs+和90Sr2+具有强水溶性和环境迁移性,并且都具有强生物毒性,对人的身体建康危害极大,可能引发癌症。另一方面,137Cs和90Sr广泛应用于医疗、工业和农业等领域。因此,开发高效的137Cs+和90Sr2+吸附材料对于放射性废液的处理和放射性核素的回收非常重要。然而,由于这类离子的吸附极易受到干扰离子的影响,从复杂的水环境中选择性去除它们仍然是一个巨大的挑战。本论文以从溶液中高效去除Cs+、Sr2+离子为目标,旨在设计合成水稳定的稀土金属有机框架离子交换材料,系统研究其对Cs+、Sr2+离子的离子交换性能。本论文研发了两类分别对Cs+和Sr2+具有良好去除性能的阴离子型稀土金属有机框架材料。1、通过溶剂热法合成了两例新的同构的三维微孔稀土金属-有机框架化合物（Me2NH2）0.5（H3O）0.25Na0.25Ln（OH）（stp）·0.25H2O（FJSM-Ln MOF;Ln=Eu、Tb,H3stp=2-磺酸基对苯二甲酸）,它们具有良好的水稳定性和一定的耐酸碱性。FJSM-Eu MOF和FJSM-Tb MOF对Cs+离子吸附具有快速的动力学响应和较高的吸附量(qmCs分别为229.25 mg/g和211.28 mg/g)。以FJSM-Eu MOF为例对Cs+离子交换性能进行了详细研究,结果表明FJSM-Eu MOF对Cs+离子具有良好的选择性(分配系数KdCs值高达2.18×10~3 m L/g);即使在Na+、K+、Mg2+、Ca2+离子干扰的情况下,仍然表现出对Cs+离子的选择性。重要的是,在本工作中成功获得了Cs+吸附后化合物的单晶结构,通过单晶结构分析结合XPS、IR、EDS、EA等多种表征方法,证实了FJSM-Eu MOF对Cs+离子的吸附为离子交换机理。结果表明,FJSM-Eu MOF对Cs+离子的高效吸附主要源于阴离子框架中有机配体上的COO-和R-SO3-官能团对Cs+离子的强亲和力以及通道内存在易交换的[Me2NH2]+阳离子和[H3O]+离子,在分子水平深入揭示了材料对Cs+离子的吸附机制。2、筛选并合成了一系列三维微孔阴离子型稀土-草酸盐框架,即[Me2NH2][Ln（C2O4）2（H2O）]·3H2O（Ln-ox;Ln=Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb）。Ln-ox可以通过简单的沉淀法大量合成,并且具有很高的水稳定性和抗辐射性。其中,Eu-ox实现了对Sr2+离子的快速和高选择性吸附,具有快速的动力学响应,3 min内即可达到吸附平衡,分配系数KdSr值高达2.61×10~5 m L/g。在高浓度的干扰金属离子(M=Na+、Cs+、Mg2+和Ca2+)下,Eu-ox对Sr2+表现出高选择性,分离系数SFSr/M在一定浓度比下高于100。利用PXRD、XPS以及EXAFS等手段揭示了Sr2+的去除机制,明晰了Ln-ox对Sr2+离子的快速和高选择性吸附主要源于溶液中Sr2+和孔道中[Me2NH2]+阳离子之间的离子交换。此外,通过对一系列稀土-草酸框架的结构比较,发现在三维微孔稀土-草酸框架材料中离子交换的发生与结构中孔道大小和可交换阳离子与阴离子框架的相互作用有关。草酸基团对Sr2+的强络合能力、Eu-ox的大孔道尺寸和可交换[Me2NH2]+阳离子是其对Sr2+离子具有高效去除性能的关键因素。本论文的创新之处在于合成了对Cs+、Sr2+具有高效离子交换性能的微孔稀土金属有机框架,实现了对Cs+、Sr2+离子的快速、高吸附量、高选择性捕获,同时系统揭示了该类材料对Cs+、Sr2+离子的吸附机理。所合成的两种三维微孔稀土金属有机框架具有高的水稳定性,可以在复杂的水环境中选择性去除Cs+或者Sr2+。特别是首次将稀土草酸盐框架作为离子交换材料用于Sr2+的去除,证实了稀土草酸盐在放射性核素修复方面的潜力。本论文为利用稀土金属有机框架材料去除放射性离子提供了借鉴,为构建水稳定的阴离子型稀土有机框架提供了新思路。