一种铀吸附剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种铀吸附剂及其制备方法和应用，属于高分子改性技术领域。本发明专利技术提供了一种铀吸附剂的制备方法，包括以下步骤：将无机碱性溶液与黄麻纤维混合进行预处理，得到预处理黄麻纤维基体材料；在惰性气氛下，将预处理黄麻纤维基体材料、酰氯衍生物和有机溶剂混合进行氯乙酰化，得到氯乙酰化黄麻纤维；在惰性气氛下，将盐酸羟胺、无机碱和有机溶剂混合后加热，再与聚丙烯腈混合，进行肟化，得到肟化聚丙烯腈；将所述氯乙酰化黄麻纤维、肟化聚丙烯腈和有机溶剂混合，进行接枝反应，得到所述铀吸附剂。本发明专利技术制得的铀吸附剂在具有高强度的同时还具有优异的铀吸附性能。

【技术实现步骤摘要】
一种铀吸附剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及高分子改性
，尤其涉及一种铀吸附剂及其制备方法和应用。
技术介绍
能源和环境是当今人类面临的两大问题，核能作为清洁高效新能源，已成为无碳排放的最大贡献者之一。然而，核能与核技术开发利用过程中产生的放射性废水严重威胁人类健康和生态环境，因此，无论是从环境保护还是提高资源利用率的角度，废水中铀的富集和分离都是必要的。吸附法由于其操作简单、环境污染小、经济效益高等优点，成为从水体中富集和分离铀的最有效且最常用的方法。吸附法的核心在于吸附材料。近半个世纪以来，经过科技工作者的不断探索，吸附材料的制备路径逐渐发展成为“基体-功能化-吸附材料”模式。基体材料为提铀官能团(活性位点)提供载体，赋予吸附剂良好的结构强度、可操作性、易回收再利用等特点，主要以常见的高分子树脂如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)以及生物高分子如纤维素、壳聚糖等，这些基体材料具有廉价、易得、加工性能优良等优势；常见官能团如羧基(-COOH)、氨基(-NH2)、偕胺肟基(HON＝C-NH2)、羟基(-OH)、酰胺(O＝C-NH2)、磷酸根(-PO3)等中的氮、氧、磷等原子的未成对电子通过占据铀的空轨道进而完成对铀的捕获。基于此，科学界工作者多以化学修饰的方法如辐射接枝、氧化、交联等技术将基体材料功能化，辅以一定的加工技术提高材料的比表面积，将活性位点较大程度地暴露在吸附剂表面，以增强吸附过程中铀酰离子与活性位点的碰撞几率，进而提升吸附性能。然而，现行吸附材料依然存在机械强度差、吸附容量低的问题，限制了其工业化应用与推广。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种铀吸附剂及其制备方法和应用。本专利技术制得的铀吸附剂在具有高强度的同时还具有优异的铀吸附性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种铀吸附剂的制备方法，包括以下步骤：将无机碱性溶液与黄麻纤维混合进行预处理，得到预处理黄麻纤维基体材料；在惰性气氛下，将预处理黄麻纤维基体材料、酰氯衍生物和有机溶剂混合进行氯乙酰化，得到氯乙酰化黄麻纤维；在惰性气氛下，将盐酸羟胺、无机碱和有机溶剂混合后加热，再与聚丙烯腈混合，进行肟化，得到肟化聚丙烯腈；将所述氯乙酰化黄麻纤维、肟化聚丙烯腈和有机溶剂混合，进行接枝反应，得到所述铀吸附剂。优选地，所述无机碱性溶液中碱的质量浓度为10～35％。优选地，所述黄麻纤维与无机碱性溶液中碱的质量比为1：(1.1～2.0)。优选地，所述酰氯衍生物包括对苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、均苯三甲酰氯、草酰氯和己二酰氯中的一种或多种。优选地，所述盐酸羟胺与无机碱的摩尔比为1:1，所述无机碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或多种。优选地，所述盐酸羟胺与聚丙烯腈的摩尔比为(1.2～2)：1。优选地，所述聚丙烯腈的目数为85～150目。优选地，所述氯乙酰化黄麻纤维与肟化聚丙烯腈的质量比为1：(0.1～0.25)。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的铀吸附剂，包括预处理黄麻纤维基体材料、酰氯衍生物桥连剂以及肟化聚丙烯腈吸附材料。本专利技术还提供了上述技术方案所述的铀吸附剂在吸附铀领域中的应用。本专利技术提供了一种铀吸附剂的制备方法，包括以下步骤：将无机碱性溶液与黄麻纤维混合进行预处理，得到预处理黄麻纤维基体材料；在惰性气氛下，将预处理黄麻纤维基体材料、酰氯衍生物和有机溶剂混合进行氯乙酰化，得到氯乙酰化黄麻纤维；在惰性气氛下，将盐酸羟胺、无机碱和有机溶剂混合后加热，再与聚丙烯腈混合，进行肟化，得到肟化聚丙烯腈；将所述氯乙酰化黄麻纤维、肟化聚丙烯腈和有机溶剂混合，进行接枝反应，得到所述铀吸附剂。本专利技术提供了一种高强度、高吸附容量铀吸附剂的制备方法，通过无机碱性溶液预处理将黄麻纤维束中小分子(半纤维素、木质素、甲壳素)除去，利用具有多官能团的酰氯衍生物作为桥连剂，接枝以具有活性吸附位点的肟化聚丙烯腈。本专利技术的创新点在于：(1)使用酰氯衍生物桥连剂将具有活性位点的吸附材料肟化聚丙烯腈与具有高强度的黄麻纤维基体材料实现有机关联，同时，桥连剂自身(如均苯三甲酰氯)未接枝完全的官能团可进一步水解成为羧基，有效增加了铀吸附剂的亲水性和吸附容量；(2)该方法利用黄麻纤维表面亲水特性，有效增强了废水中铀在吸附剂表面的扩散速率，对于吸附容量的提升有良好的协同作用；(3)通过该专利技术方法制备的吸附剂所采用的生物基材料高达80wt％以上，所得吸附剂具有绿色环保、成本低廉的特点。综上所述，以肟化聚丙烯腈为活性吸附材料，酰氯衍生物为桥连剂，预处理黄麻纤维为基体材料，可实现高强度、高吸附容量铀吸附剂的制备。实施例结果表明，本专利技术制备的铀吸附剂机械强度最大为376MPa，最大吸附容量为171.26mg/g。同时，本专利技术提供的制备方法操作简单，成本低廉，有助于实现铀废水以及海水中铀的高效富集分离。附图说明图1是实施例1中原生黄麻纤维、碱处理黄麻纤维、氯乙酰化黄麻纤维、肟化黄麻纤维的傅里叶红外光谱图；图2是实施例1中原生黄麻纤维、碱处理黄麻纤维、肟化黄麻纤维的扫描电镜图；图3是实施例1中原生黄麻纤维、肟化黄麻纤维的拉伸强度对比图；图4是实施例1中肟化黄麻纤维等温吸附曲线；图5是实施例1中肟化黄麻纤维铀吸附前、铀吸附后、铀洗脱后肟化黄麻纤维实物对比图；图6是实施例1中铀吸附后肟化黄麻纤维的扫描电镜能谱分析图；图7是机械性能测试样品制备实物图和测试过程中夹具与样品相对位置图，其中A是机械性能测试样品制备实物图，B是测试过程中夹具与样品相对位置图。具体实施方式本专利技术提供了一种铀吸附剂的制备方法，包括以下步骤：将无机碱性溶液与黄麻纤维混合进行预处理，得到预处理黄麻纤维基体材料；在惰性气氛下，将预处理黄麻纤维基体材料、酰氯衍生物和有机溶剂混合进行氯乙酰化，得到氯乙酰化黄麻纤维；在惰性气氛下，将盐酸羟胺、无机碱和有机溶剂混合后加热，再与聚丙烯腈混合，进行肟化，得到肟化聚丙烯腈；将所述氯乙酰化黄麻纤维、肟化聚丙烯腈和有机溶剂混合，进行接枝反应，得到所述铀吸附剂。在本专利技术中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。本专利技术将无机碱性溶液与黄麻纤维混合进行预处理，得到预处理黄麻纤维基体材料。在本专利技术中，所述无机碱性溶液中碱的质量浓度优选为10～35％，所述碱优选包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或多种。在本专利技术中，所述黄麻纤维与碱的质量比优选为1：(1.1～2.0)。本专利技术中，黄麻纤维表面具有亲水特性，能够有效增强废水中铀在吸附剂表面的扩散速率，对于吸附容量的提升有良好的促进作用。在本专利技术中，所述预处理的温度优选为50～90℃，时间优选为2～12小时，所述预处理的作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铀吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将无机碱性溶液与黄麻纤维混合进行预处理，得到预处理黄麻纤维基体材料；/n在惰性气氛下，将预处理黄麻纤维基体材料、酰氯衍生物和有机溶剂混合进行氯乙酰化，得到氯乙酰化黄麻纤维；/n在惰性气氛下，将盐酸羟胺、无机碱和有机溶剂混合后加热，再与聚丙烯腈混合，进行肟化，得到肟化聚丙烯腈；/n将所述氯乙酰化黄麻纤维、肟化聚丙烯腈和有机溶剂混合，进行接枝反应，得到所述铀吸附剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种铀吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将无机碱性溶液与黄麻纤维混合进行预处理，得到预处理黄麻纤维基体材料；
在惰性气氛下，将预处理黄麻纤维基体材料、酰氯衍生物和有机溶剂混合进行氯乙酰化，得到氯乙酰化黄麻纤维；
在惰性气氛下，将盐酸羟胺、无机碱和有机溶剂混合后加热，再与聚丙烯腈混合，进行肟化，得到肟化聚丙烯腈；
将所述氯乙酰化黄麻纤维、肟化聚丙烯腈和有机溶剂混合，进行接枝反应，得到所述铀吸附剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机碱性溶液中碱的质量浓度为10～35％。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述黄麻纤维与无机碱性溶液中碱的质量比为1：(1.1～2.0)。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酰氯衍生物包括对苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、均苯三甲酰氯、草...

【专利技术属性】
技术研发人员：米智明，张德行，刘志晓，刘靖，刘清，安在旭，黄宸杰，毕诗曼，高茜钰，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36