一种ZnO/PAN复合材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种ZnO/PAN复合材料、制备方法及应用，属于有机复合材料技术领域。所述材料为ZnO接枝到PAN纤维上制成。将PAN纤维碱性水解制得羧基化PAN纤维；将氢氧化钠与四水合乙酸锌溶于无水乙醇中混合反应，得到ZnO种子溶胶；将羧基化PAN纤维和ZnO种子溶胶混合，改性反应并退火，得到改性后的PAN纤维；将改性后的PAN纤维加入六水合硝酸锌与六亚甲基四胺的混合液中反应，洗涤、过滤、干燥，得到所述材料。所述材料可作为提取铀的吸附剂，解决了传统吸附材料比表面积小，空间利用率低等问题，增加了吸附剂的吸附位点，显著提高了所述材料的铀吸附性能。所述材料在吸附后易与反应介质分离，可重复利用。

A ZnO/PAN Composite Material, Its Preparation Method and Application

The invention relates to a ZnO/PAN composite material, a preparation method and application, belonging to the technical field of organic composite materials. The material is made by grafting zinc oxide onto PAN fibers. Carboxylated PAN fibers were prepared by alkaline hydrolysis of PAN fibers; zinc acetate tetrahydrate and sodium hydroxide were mixed in anhydrous ethanol to obtain zinc oxide seed sol; carboxylated PAN fibers and zinc oxide seed sol were mixed, modified and annealed to obtain modified PAN fibers; modified PAN fibers were added to zinc nitrate hexahydrate. The material is obtained by reacting with a mixture of hexamethylenetetramine, washing, filtering and drying. The material can be used as an adsorbent for uranium extraction, which solves the problems of small specific surface area and low space utilization of traditional adsorbent materials, adds adsorbent sites, and significantly improves the uranium adsorption performance of the material. The material is easily separated from the reaction medium after adsorption and can be reused.

【技术实现步骤摘要】
一种ZnO/PAN复合材料、制备方法及应用
本专利技术涉及一种ZnO/PAN复合材料、制备方法及应用，属于有机复合材料

技术介绍
随着我国大规模发展核电以及低碳经济对全球核电发展的刺激，铀资源的需求日益迫切，“铀外交”将上升为国家利益的竞争。铀在海水中的浓度约为3.3μg·L-1，虽然浓度极低，但世界海水量巨大，其中包含了约45亿吨铀，这比常规来源如陆地矿石提供的铀资源多约1000倍。我国是海洋大国，因此海水提铀技术将是确保我国铀资源稳定供应的有效途径之一。从国家长远发展的角度来看，将视野转向海洋，开发海洋铀资源得到了广泛关注和研究。海水提铀的方法有很多种，其中吸附法成本低廉、操作简单、具有较强的通用性，目前已成为海水铀富集的常用方法，但是目前的吸附剂存在着热稳定性差、动力学缓慢、其他离子干扰等问题。因此，制备一种具有较大的吸附量、较快的吸附时间、抗其他离子干扰以及可重复利用的新材料是十分有意义的。
技术实现思路
为克服现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的之一在于提供一种ZnO/PAN复合材料，所述材料具有优异的铀吸附性能。本专利技术的目的之二在于提供一种ZnO/PAN复合材料的制备方法，所述方法制备过程简便，易于工业化生产。本专利技术的目的之三在于提供一种ZnO/PAN复合材料的应用，所述材料可应用于铀的提取。为实现本专利技术的目的，提供以下技术方案。一种ZnO/PAN复合材料，所述材料为氧化锌(ZnO)接枝到聚丙烯腈(PAN)纤维上制成。一种本专利技术所述ZnO/PAN复合材料的制备方法，所述方法步骤如下：(1)将PAN纤维在60℃～80℃条件下碱性水解反应1h～4h，制得羧基化PAN纤维。优选碱性水解所用碱液为质量分数为1％～4％的氢氧化钠(NaOH)溶液。优选水解反应时间为2h～3h。(2)将氢氧化钠与四水合乙酸锌(Zn(NO3)2·4H2O)溶于无水乙醇中，在40℃～60℃混合反应3h～4h，得到ZnO种子溶胶。优选氢氧化钠与四水合乙酸锌的质量比为1:1。(3)将羧基化PAN纤维和ZnO种子溶胶混合，改性反应5min～30min，将反应产物取出并在140℃～150℃下退火，得到改性后的PAN纤维。(4)将改性后的PAN纤维加入六水合硝酸锌与六亚甲基四胺的混合液中，置于0.5MPa～2MPa下，加热至90℃～95℃反应3h～4h；反应结束后得到产物洗涤、过滤，干燥过滤所得沉淀，得到终产物。所述六水合硝酸锌与六亚甲基四胺的混合液的溶剂为去离子水纯度以上的水。优选六水合硝酸锌与六亚甲基四胺的质量比为1:1～1:5。所述洗涤、过滤可具体为：先用无水乙醇洗涤、过滤；然后将过滤所得沉淀用去离子纯度以上的水洗涤、过滤。一种本专利技术所述ZnO/PAN复合材料的应用，所述应用为提取铀的吸附剂；优选为提取海水中铀的吸附剂。有益效果1.本专利技术提供了一种ZnO/PAN复合材料及其应用，解决了传统吸附材料比表面积小，空间利用率低等问题，增加了吸附剂的吸附位点，显著提高了所述材料的铀吸附性能，对铀吸附方面明显优于现有的吸附材料，而且所述材料在吸附后容易与反应介质分离，可重复利用；2.本专利技术提供了一种ZnO/PAN复合材料的制备方法，所述方法简便且环境污染小。附图说明图1为实施例中终产物吸附铀液前后的傅里叶变换红外光谱图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例来详述本专利技术，但不作为对本专利技术专利的限定。以下实施例中：所述聚丙烯腈纤维的直径为1.8D。对实施例中制得的终产物进行如下吸附效果检测：将终产物和吸附铀液后的终产物分别作为样品，采用美国Nicolet公司生产的Avater370型傅里叶变换红外光谱仪对样品的扫描次数达每分钟32次，测试的波数范围为4000cm-1～400cm-1。红外光谱测试的样品利用KBr配合压片制样，取2mg～4mg的待测样品粉体与100mg～500mg经过烘干、研磨的KBr粉末混合研磨。为避免因光散射造成的实验误差，再将研磨后的混合固体粉末放入压片机中加压，最终形成透明薄片后，放入仪器内检测。实施例1(1)将10g聚丙烯腈(PAN)纤维溶于质量分数为1％的NaOH溶液中，在60℃水浴中反应1h，制得羧基化PAN纤维；(2)将0.120g氢氧化钠分散在100mL无水乙醇中，将0.114g的Zn(CH3COO)2·4H2O分散在75mL无水乙醇中，把所述两种溶液混合，在40℃下搅拌3h，得到ZnO种子溶胶；(3)将羧基化PAN纤维和ZnO种子溶胶混合，改性反应5min，将反应产物取出并在140℃下退火，得到改性后的PAN纤维；(4)将0.300g的Zn(NO3)·6H2O和0.300g的六亚甲基四胺溶解在100mL去离子水中制得混合液；将0.5g改性后的PAN纤维加入所述混合液中，形成均匀的混合物；将混合物转移到特氟龙(Teflon)衬里的高压釜中，在压力0.5MPa下加热升温至90℃反应3h，反应结束后冷却至室温；先用无水乙醇洗涤、过滤；然后将过滤所得沉淀用去离子水洗涤、过滤；最后在50℃下干燥得到终产物，为本专利技术所述的一种ZnO/PAN复合材料。将本实施例制得的0.01g的终产物ZnO/PAN复合材料加入到容积为100mL的锥形瓶中，然后向其中加入20mL浓度为100ppm的铀溶液，用质量分数为1％的稀NaOH溶液调节初始铀溶液的pH为6，25℃下振荡达吸附平衡，得到吸附铀液后的终产物，烘干后做傅里叶变换红外光谱。傅里叶变换红外光谱图结果如图1所示，图1中ZnO/PANF表示终产物ZnO/PAN复合材料，从图中可以看出，2941cm-1处为烷烃基的伸缩振动峰，2243cm-1处为氰基伸缩振动峰，1453cm-1处为烷烃基伸缩振动峰，二者均保留了PAN纤维的特征吸收峰。图1中ZnO/PANF-U表示吸附铀液后的终产物ZnO/PAN复合材料，从图中可以看出，对于ZnO/PAN-U在910cm-1处出现了O＝U＝O特征峰，而在1650cm-1处的吸收峰发生了轻微红移，这一现象证明ZnO/PAN复合材料表面的-COOH和U(VI)之间具有螯合作用。实施例2(1)将10gPAN纤维溶于质量分数为4％的NaOH溶液中，在80℃水浴中反应3h，制得羧基化PAN纤维；(2)将0.240g氢氧化钠分散在200mL无水乙醇中，将0.240g的Zn(CH3COO)2·4H2O分散在150mL乙醇中，把所述两种溶液混合，在60℃下搅拌4h，得到ZnO种子溶胶；(3)将羧基化PAN纤维和ZnO种子溶胶混合，改性反应30min，将反应产物取出并在150℃下退火，得到改性后的PAN纤维；(4)将0.600g的Zn(NO3)·6H2O和3.000g的六亚甲基四胺溶解在100mL去离子水中制得混合液；将0.5g改性后的PAN纤维加入所述混合液中，形成均匀的混合物；将混合物转移到特氟龙(Teflon)衬里的高压釜中，在压力2MPa下加热升温至95℃反应4h，反应结束后冷却至室温；先用无水乙醇洗涤、过滤；然后将过滤所得沉淀用去离子水洗涤、过滤；最后在50℃下干燥得到终产物，为本专利技术所述的一种ZnO/PAN复合材料。将本实施例制得的0.01g的终产物ZnO/PAN复合材料加入到容积为100mL的锥形瓶中，然后向其中加入20mL浓度为100pp本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ZnO/PAN复合材料，其特征在于：所述材料为ZnO接枝到PAN纤维上制成。

【技术特征摘要】
1.一种ZnO/PAN复合材料，其特征在于：所述材料为ZnO接枝到PAN纤维上制成。2.一种如权利要求1所述的ZnO/PAN复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：(1)将PAN纤维在60℃～80℃条件下碱性水解反应1h～4h，制得羧基化PAN纤维；(2)将氢氧化钠与四水合乙酸锌溶于无水乙醇中，在40℃～60℃混合反应3h～4h，得到ZnO种子溶胶；(3)将羧基化PAN纤维和ZnO种子溶胶混合，改性反应5min～30min，将反应产物取出并在140℃～150℃下退火，得到改性后的PAN纤维；(4)将改性后的PAN纤维加入六水合硝酸锌与六亚甲基四胺的混合液中，置于0.5MPa～2MPa下，加热至90℃～95℃反应3h～4h；反应结束后得到产物洗涤、过滤，干燥过滤所得沉淀，得到一种ZnO/PAN复合材料；所述六水合硝酸锌与六亚甲基四胺的混合液的溶剂为去离子水纯度以上的水。3.根据权利要求2所述的一种ZnO/PAN复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，碱性水解所用碱液为质量分数为1％～4％的氢氧化钠溶液。4.根据权利要求2所述的一种ZnO/PAN复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，水解反应时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄国庆，苗雷，刘大鑫，刘彦洋，孙世操，王力，白亚楠，张强，闫爱军，
申请(专利权)人：邯郸派瑞电器有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13