一种可编织型的海水提铀吸附材料及其柔性调控制备方法技术

一种可编织型的海水提铀吸附材料及其柔性调控制备方法，涉及吸附材料技术领域，具体地说是一种可编织型的海水提铀材料及其柔性调控制备方法。分别用丙酮、乙醇、去离子水对竹篾超声处理后，选择H

【技术实现步骤摘要】
一种可编织型的海水提铀吸附材料及其柔性调控制备方法
本专利技术涉及铀吸附材料
，具体地说是一种可编织型的海水提铀材料及其柔性调控制备方法。
技术介绍
核能作为一种高能量密度的低碳能源，可以满足当今能源需求和改善环境问题。铀是核燃料供应的主要元素，需求量也日益增加。陆地铀矿储量约为630万吨，按目前的消耗率在一个世纪内将被耗尽。海洋中铀的总储量是陆地铀可供应量的一千倍，高达45亿吨，为解决当前的能源危机和保证未来的铀资源供应提供了可能。因此，从海水中提铀可改善铀资源短缺现状以及为我国核电事业的持续发展打下扎实基础。在各种海水提铀技术中，吸附法被认为是改变世界的七种分离方法之一。现有的吸附材料主要分为无机吸附材料、有机吸附材料和天然吸附材料：1)无机吸附材料(如金属氧化物、粘土矿物和层状金属硫化物等)的制备过程相对繁琐，而且产率低。此外，无机吸附材料主要以粉体的形式存在，将其放置在海水中，不仅分散在海水中，无法达到回收吸附剂的效果，而且不具有循环使用性，仅为一次性吸附材料，并没有实际应用价值，达不到工业化和产业化的要求；2)有机吸附材料(如分子筛、生物废物和合成聚合物等)具有严苛的反应条件，而且主要以粉体、纤维和胶体等形式存在。其中粉体吸附材料普遍存在不可回收、难以制备、不具有实用性等弊端；纤维类吸附材料属于目前最有实际应用价值的材料，但其改性过程往往破坏纤维材料的机械性能，发生脆化和粉化等现象，无法拓展成宏观大面积成型吸附材料。此外，将其放置在海水中，完全吸附后会沉降海底，增加吸附材料的回收难度，以及在海水不断冲击下，其表面发生破损现象，造成质量损失，达不到完全回收吸附材料的效果；胶体吸附材料的制备需要使用交联剂，不仅会覆盖吸附活性位点，而且大幅度降低材料的比表面积，导致吸附效率降低。而且胶体接触海水很难保持原始的机械性能，极易破损，难以回收，达不到工业化和产业化的要求；3)天然吸附材料被认为是一类理想型吸附材料，因含有氰基、存在氢键和保持一定结晶度而具有亲水性、可加工性、不溶于许多溶剂和无毒环保特性。但是，天然吸附材料的吸附过程以物理吸附为主，仅依靠微弱的范德华吸引力，而海水中富含各种干扰离子，导致天然吸附材料对铀酰离子不具有选择性，因此也不具有工业化和产业化的潜力。竹篾作为一种天然材料，主要由纤维素和木质素组成，具有多孔结构，且微结构表面处于光滑状态，仅靠物理吸附过程实现对离子的吸附，不具有吸附活性位点，从而无法实现特异性捕获海水中铀酰离子。此外，竹篾属于柔性材料，具有可编织性。然而，有机改性过程会造成竹篾脆化甚至降解，比如，羟基化过程需要利用强氧化剂，刻蚀竹篾表面，破坏竹篾内纤维素和木质素等分子结构，促使其进行脆化，无法保持原始柔韧性；竹篾同样对酸碱的耐受能力也比较弱，极易发生粉化、甚至降解，不仅具有粉体吸附材料的弊端，没有实际应用价值，而且甚至无法实现吸附材料的成功制备。因此，在竹篾的有机改性过程不仅保持原始柔韧性和编织性，而且可拓展成宏观大面积成型吸附材料，使其悬浮于海水中进行海水提铀，以及完全回收吸附材料达方面仍具有许多挑战。问题1：现有的吸附材料难以实现宏观大面积成型应用。现有最受瞩目的吸附材料主要为粉体吸附材料和纤维类吸附材料：粉体类吸附材料虽然具有较高的吸附容量，但其制备过程相对繁琐，产率低导致成本相对较高。此外，粉体类吸附材料放置于实海，分散在海水中，无法实现回收和重复利用的效果，从而严重影响其实际应用价值。因此，粉体吸附剂普遍存在不可回收、难以制备、不具有实用性等弊端；纤维类吸附材料在改性过程中通常会降低机械性能，出现脆化和粉化现象，而且在海水冲击下，易造成质量损失，以及完全吸附后存在沉降海底的弊端，无法达到完全回收吸附材料。如若在制备过程中使用交联剂等化学试剂，不仅会覆盖吸附活性位点，而且大幅度降低材料的比表面积，从而降低其吸附效率。因此，粉体吸附材料不可能制备成宏观大面积吸附材料，以及纤维类吸附材料在有机改性过程中破坏材料原始的机械性能，应用范围仍局限在实验室，难以拓展成宏观大面积成型吸附材料应用于海水提铀。问题2：有机改性过程中难以实现竹篾的柔性调控。天然材料竹篾具有较高的抗拉强度、抗压强度、以及抗弯刚度等一系列优异的力学性能。此外，竹篾中含有大量竹纤维和水分，使其呈现高度柔韧性和可编织性。然而，竹篾主要由纤维素和木质素等构成，不耐酸碱，易发生脆化、粉化、甚至降解等，且其有机改性过程均需要严苛的反应条件，比如竹篾的羟基化反应需要在强氧化溶液中进行，以及胺肟化反应需在碱性溶液中进行，极易造成竹篾脆化、粉化、甚至降解等。因此，在羟基化和胺肟化反应等有机改性过程中进行竹篾的柔性调控仍是目前难以解决的挑战。问题3：现有的吸附材料难以实现悬浮和完全回收。现有的吸附材料主要分为无机吸附材料和有机吸附材料：无机吸附材料主要以粉体形式存在，不仅会分散在海水中，而且其密度通常高于海水，发生沉降，不具有回收价值，以及不满足实际应用前景；有机吸附材料以粉体、纤维和胶体等形式存在，粉体普遍存在不可回收、难以制备、不具有实用性等弊端。纤维类吸附材料原始密度可能低于海水，初步接触时可能实现悬浮，但当完全吸附后，由于其不具有多孔结构，导致海水充分包裹，质量大幅度加重，致使密度高于海水，会发生沉降现象。胶体类吸附材料在接触海水后，呈现胶体状，在海水巨大冲击力下，发生破损，造成质量损失，纤维类吸附材料同样存在质量损失的情况。因此，现有吸附材料无法实现悬浮和完全回收的效果。
技术实现思路
针对现有材料中存在的弊端，本专利技术提供了一种可编织型的海水提铀吸附材料及其柔性调控制备方法，有效解决了现有的吸附材料难以实现宏观大面积成型应用、有机改性过程中难以实现竹篾的柔性调控以及现有的吸附材料难以实现悬浮和完全回收。针对问题1：天然材料竹篾中富含纤维素和木质素等成分，在强氧化体系和强酸强碱环境中极易发生脆化、粉化，甚至降解，无法维持原有的高度柔韧性和可编织性。因此，通过调控羟基化和胺肟化反应体系，达到偕胺肟化竹篾柔性调控的制备效果，保持高度柔韧性和可编织性。进一步，利用NH2OH·HCl将竹篾中腈基转化为偕胺肟基团，改善天然材料竹篾对铀酰离子不具有选择性的弊端，以及提升其吸附容量。随后，将可编织型偕胺肟化竹篾编织成型，构筑宏观大面积成型吸附材料，放置实海中进行海水提铀实验，且该材料具有可回收性和循环使用性，更具有加工性和实际应用价值，打破现有海水提铀吸附材料难以实现宏观大面积成型这一瓶颈。针对问题2：竹篾虽然含有较少腈基，但仍需羟基化处理，促进竹篾中C＝N和C-N的水解过程，利用两者的伸缩振动生成额外的腈基，提供更多的改性/接枝位点，从而增加偕胺肟化竹篾的吸附活性位点。此外，羟基化处理具有刻蚀竹篾表面的效果，使其表面富含更多羟基，达到超亲水表面，而且羟基中氧可以提供孤对电子占据铀原子的空轨道，使其与铀酰离子形成配位键，达到提高材料对铀酰离子的吸附效率。因此，通过调控H2O2的浓度、反应温度和反应时间等，筛选出最佳羟基化处理路线，达到柔性调控竹篾的目的；此外，进一步调节胺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于海水提铀的可编织型偕胺肟化竹篾的制备方法，其制备流程包括以下步骤：/n步骤一：竹篾分别用丙酮、乙醇和去离子水超声处理0.5 h后，将其放入反应釜中，倒入一定体积的质量分数为10%-30%的H2O2溶液；将上述装入竹篾和H2O2的反应釜放置在烘箱中，温度设置为45 ℃~85 ℃，时间为3 h~12 h；/n步骤二：将质量比为1：3 ~ 2：1的NH

【技术特征摘要】
1.一种用于海水提铀的可编织型偕胺肟化竹篾的制备方法，其制备流程包括以下步骤：
步骤一：竹篾分别用丙酮、乙醇和去离子水超声处理0.5h后，将其放入反应釜中，倒入一定体积的质量分数为10%-30%的H2O2溶液；将上述装入竹篾和H2O2的反应釜放置在烘箱中，温度设置为45℃~85℃，时间为3h~12h；
步骤二：将质量比为1：3~2：1的NH2OH·HCl和NaOH置于烧杯中，NaOH质量范围为1.5g~3g，NH2OH·HCl质量范围为1g~3g，并倒入50mL乙醇，搅拌，直至固体完全溶解；将2.0g处理后的竹篾放入三颈烧瓶中，油浴加热，进行回流反应，温度设置为70℃，时间为12h~36h；待反应完全后，将样品取出，多次用去离子水冲洗，并在真空下干燥，烘干后即得到偕胺肟化竹篾，记为AOBS-1；
步骤三：竹篾的编织主要依靠以挑一压一的形式向四周展开地添加竹篾，利用线绳进行编织锁边，防止散开，编织后即获得宏观大面积成型偕胺肟化竹篾吸附剂，记为AOBS-M。


2.如权利要求1所述的一种用于海水提铀的可编织型偕胺肟化竹篾的制备方法，其特征在于步骤一中，加入H2O2的质量分数为10%或20%。


3.如权利要求1所述的一种用于海水提铀的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王君，王莹，刘琦，张宏森，刘婧媛，陈蓉蓉，于静，朱佳慧，李茹民，刘培礼，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23