一种在高酸度体系下回收铀的离子印迹聚合物材料及方法技术

本发明专利技术公开了一种在高酸度体系下回收铀的离子印迹聚合物材料及方法。以N,N

【技术实现步骤摘要】
一种在高酸度体系下回收铀的离子印迹聚合物材料及方法


[0001]本专利技术涉及高酸放射性废液的处理方法，具体涉及一种合成功能型高分子材料，从高酸性溶液中选择性分离富集铀的方法。

技术介绍

[0002]随着核电的高速发展，在铀矿开釆和选冶过程中产生了大量的含铀放射性废水，造成了严重的环境污染。从放射性废液中回收铀，对未来的核能铀供应具有重要的战略意义。然而，在大量干扰离子存在下，有选择性地从高酸性废液中分离提取铀仍然是一个挑战。
[0003]离子印迹聚合物(IIP)作为一类以超分子识别为基础，通过自组装方法设计的功能型高分子材料，能够在复杂基质中特异性地结合目标离子，在放化分析
[1-2]、海水提铀
[3]、低放废液处理
[4-6]等领域均有应用
[7]。但对于离子印迹技术，目前还有一些问题需要解决。首先，在条件复杂、干扰严重的环境下分离富集目标离子的研究严重不足。文献中的工作大多是在弱酸性、弱干扰的情况下研究IIP的性能，而缺乏在苛刻条件下的应用研究。有一篇工作倒是研究了介孔二氧化硅印迹材料在高酸体系下的应用，在pH为1的情况下，材料对铀的吸附效率为90％以上，但当酸度提高到1mol
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L-1
HNO3时，吸附效率就下降到了66.33％，再提高酸度到2mol
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HNO3时，吸附效率又下降到34.54％，当酸度到3mol
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L-1
HNO3时，吸附效率就只有14.63％
[8]。因此，在放化分析经常要用到强酸条件下，结构稳定且效果良好的IIP还未见报道。如何在苛刻的高酸环境下选择性地分离富集铀，成为大家关注的一个方向。
[0004]功能单体的筛选是离子印迹聚合物制备的关键步骤，之前UO
22+-IIP制备所用的功能单体一般含有羧基或氨基，在高酸环境下容易被质子化而降低吸附效果。

技术实现思路

[0005]针对目前存在的高酸放射性废液中铀难以回收处理的问题，本专利技术的目的是提供一种在高酸度体系下选择性分离富集铀的绿色方法。本专利技术以N,N
’-
二乙基-N,N
’-
二对甲苯基-2,9-二酰胺-1,10-邻菲罗啉(Et-Tol-DAPhen)为功能单体，利用嵌入法合成UO
22+-IIP，并对其进行高酸性环境下的吸附性能测试，联用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)进行离子浓度测定，发现该IIP材料能够在含有众多干扰离子的高酸度体系中高效、选择性地分离分析铀。
[0006]本专利技术提供了一种用于在高酸度体系下选择性分离提取铀的材料，该材料是通过下述方法制备得到的离子印迹聚合物(IIP)：
[0007]1)将Et-Tol-DAPhen溶于有机溶剂中，加入4-乙烯基吡啶(4-VP)和铀酰离子化合物，搅拌；
[0008]2)在步骤1)的混合溶液中加入交联剂和引发剂，在惰性气氛保护下加热交联聚合成固体；
[0009]3)将步骤2)聚合后的固体研磨筛分，洗涤去除铀酰离子，干燥，得到铀酰离子印迹聚合物，记作UO
22+-IIP。
[0010]上述步骤1)中，所述有机溶剂为例如环己酮；所述铀酰离子化合物例如UO2(NO3)2·
6H2O。Et-Tol-DAPhen:4-VP:UO
22+
的物质的量的比优选为1:2:1。
[0011]步骤1)通常在室温下搅拌反应30min以上。
[0012]上述步骤2)中，所述交联剂例如二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、二乙烯基苯(DVB)、三乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDAN)、三烯丙基异三聚氰酸酯(TRIC)等；所述引发剂例如偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化二苯甲酰(BPO)、过硫酸盐等。
[0013]上述步骤2)中，交联聚合的温度优选为60～70℃，时间优选为18～24h。
[0014]上述步骤3)中，研磨筛分优选粒子尺寸在200目左右。在对研磨后的聚合物颗粒进行洗涤时，先加入到NaHCO3(0.1～1mol
·
L-1
)溶液或Na2CO3(0.1～1mol
·
L-1
)溶液中搅拌洗涤，再用乙二胺四乙酸(EDTA，0.1mol
·
L-1
)洗涤，之后用清水洗涤，反复更换洗脱液直到洗脱液中的U含量<0.1mg
·
L-1
；洗脱好的聚合物颗粒再用水和乙醇反复洗涤，烘干。
[0015]上述方法以铀酰离子为模板合成IIP，该IIP可以从高酸度体系中分离富集铀。将该IIP加入含铀的高酸度体系液体中，振荡一段时间，优选在25℃振荡2h以上，即可实现对铀的高选择性吸附。进一步的，吸附反应后进行离心操作，对上清液联用ICP-AES对U浓度进行测定，发现该IIP材料能够在含有众多干扰离子的高酸度体系中快速高效地选择性分离提取铀。
[0016]本专利技术从高酸度体系中分离富集铀的方法相比于现有技术，其技术优势体现在：利用嵌入法成功地将邻菲罗啉类配体用于铀酰离子印迹聚合物的制备，合成了新型UO
22+-IIP。结构稳定，耐高酸，在高酸性环境(1～6mol
·
L-1
HNO3)下能够快速、高效、高选择性地提取铀，同时也进一步拓展了IIP的应用环境。
附图说明
[0017]图1是UO
22+-IIP的合成流程图。
[0018]图2是UO
22+-IIP,NIP洗脱前后的FT-IR图。
[0019]图3是UO
22+-IIP,NIP的TGA曲线图。
[0020]图4是UO
22+-IIP,NIP的吸附动力学曲线图，其中吸附剂：5.0mg；U含量：30ppm；溶液体积：10.00mL；HNO3浓度：3mol
·
L-1
。
[0021]图5是UO
22+-IIP,NIP的吸附等温曲线图，其中吸附剂：5.0mg；溶液体积：10.00mL；HNO3浓度：3mol
·
L-1
；吸附时间：4h。
[0022]图6是HNO3浓度对UO
22+-IIP,NIP吸附容量的影响，其中吸附剂：5.0mg；U含量：30ppm；溶液体积：10.00mL；吸附时间：4h。
[0023]图7是UO
22+-IIP,NIP的选择性吸附实验结果，其中吸附剂：5.0mg；U和M含量：30ppm；溶液体积：10.00mL；HNO3浓度：3mol
·
L-1
；吸附时间：4h。
[0024]图8是UO
22+-IIP吸附U前后的FT-IR图。
[0025]图9是UO
22+-IIP吸附U前后的XPS图。
[0026]图10是DFT计算结果图。
具体实施方式
[0027]下面通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选择性分离提取铀的材料，该材料是通过下述方法制备得到的铀酰离子印迹聚合物：1)将N,N
’-
二乙基-N,N
’-
二对甲苯基-2,9-二酰胺-1,10-邻菲罗啉溶于有机溶剂中，加入4-乙烯基吡啶和铀酰离子化合物，搅拌；2)在步骤1)的混合溶液中加入交联剂和引发剂，在惰性气氛保护下加热交联聚合成固体；3)将步骤2)聚合后的固体研磨筛分，洗涤去除铀酰离子，干燥，得到铀酰离子印迹聚合物。2.如权利要求1所述的材料，其特征在于，步骤1)中所述有机溶剂为环己酮。3.如权利要求1所述的材料，其特征在于，步骤1)中所述铀酰离子化合物为UO2(NO3)2·
6H2O。4.如权利要求1所述的材料，其特征在于，步骤1)中N,N
’-
二乙基-N,N
’-
二对甲苯基-2,9-二酰胺-1,10-邻菲罗啉:4-乙烯基吡啶:UO
22+
的物质的量的比为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈兴海，郏丽配，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：