一种用于海水淡化-提铀联产光热光催化膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及海水提铀材料领域，具体涉及一种用于海水淡化

【技术实现步骤摘要】
一种用于海水淡化
‑
提铀联产光热光催化膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及海水提铀材料领域，具体涉及一种用于海水淡化
‑
提铀联产光热光催化膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]将海水转变为淡水能够有效缓解淡水资源危机问题，海水淡化技术应运而生。海水淡化指的是将海水分为淡水（去除了海水中多余盐分和矿物质）和盐水浓缩物（溶解盐浓度远高于原水）两部分的过程。
[0003]我国陆地铀矿资源匮乏，海水中铀资源储量巨大，海水提铀被认为是实现我国核能可持续发展的重要途径。海水淡化与海水提铀联产可以有效降低相关设备及动力工程成本，提高海水提铀效率，推进海水提铀产业化进程。首先，利用海水淡化动力系统提高吸附过程外部迁移速率。其次，利用海水淡化预处理系统，去除相应干扰成分，间接提高吸附选择性效果。再次，海水淡化
‑
海水提铀联产，可减少吸附剂投放费用。同时降低海洋生物污损，提高材料的循环使用效率，间接降低制造费用。
[0004]海水淡化过程中反渗透膜存在易污染，使用寿命短的问题。由于海水成分十分复杂，选择合适的预处理技术有利于减轻反渗透过程的膜污染，减少膜清洗的次数，延长膜的使用寿命，进一步降低产水成本。传统预处理方法主要包括混凝沉降、混凝气浮和颗粒介质过滤。与传统预处理方法相比，膜过滤法的产水水质更好，对藻细胞和细菌的截留性能更好，因此也更有利于减轻后续RO过程的膜污染和降低SWRO工艺的产水成本。
[0005]尽管海水提铀
‑
淡化联产在吸附效率、提取成本方面具有明显优势，但是传统的吸附提铀方式在海水淡化
‑
海水提铀联产领域应用却存在诸多限制。
[0006]吸附容量和吸附速率限制：通常以材料吸附活性位点数量决定了吸附容量作。但是吸附材料在吸附过程中活性位点无法再生，难以循环利用。海水提铀过程铀酰离子需经历外部迁移、液膜迁移、内部迁移和吸附反应。而且吸附是一个动态过程，达到吸附平衡吸附时间较长。因此，常规的吸附过程，难以实现其与海水淡化同步，满足实际联产需要。
[0007]吸附选择性限制：海水成分复杂，存在众多诸如 Na
+
、K
+
、Ca
2+
、Mg
2+
、Cu
2+
、 Fe
3+
等竞争离子，这对吸附材料的设计与应用都是巨大的挑战。竞争离子问题在海水淡化
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提铀联产应用中展现的尤为突出。因此在海水淡化
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海水提铀联产过程中，对吸附材料选择性提出更高的要求。
[0008]海水淡化预处理过程中添加氧化剂次氯酸钠，对超滤膜产水产生重要影响，同时对铀的提取产生重要影响。海水中添加次氯酸钠，根据传质理论，次氯酸钠浓度越大，就能够到达越深处，破坏性就越强。当滤饼层被破坏后，就失去了网滤和吸附作用，小颗粒就挤过膜进入产水中，降低了水质；海水中添加次氯酸钠，次氯酸钠氧化还原产物二氧化铀成为铀酰离子，重新溶解到海水中，从而失去提铀功能。
[0009]光催化海水提铀的核心技术难题是还原产物二氧化铀与吸附材料无法实现分离。大量研究表明还原产物二氧化铀并不稳定，其容易被氧化成铀酰离子溶解到海水中。由于
海水中铀含量极低，因此提取过程是一个较长的周期，在这个过程中二氧化铀与催化剂相分离，缺少光电子的持续供及，其会进一步发生氧化成铀酰离子溶解到海水中从而失去提铀功能。因此需要不断的将还原产物二氧化铀分离出来，避免其氧化后溶于海水中。然而现有光催化材料主要为粉体材料，光催化还原后溶液中析出的难溶性二氧化铀从材料表面脱离，在水流的冲刷搅拌下二氧化铀与光催化材料均匀混合难通过现有手段将二氧化铀分离出来。
[0010]如何同时实现杀菌、光催化、分离且具有一定机械性能的多能分离膜，常规需要添加多种组分，但铸膜液中添加多种组分，组分之间相容性不同，制备均一的铸膜液很困难，制备成具有一定分离功能的膜难以实现，且对制备膜工艺要求极高。

技术实现思路

[0011]基于现有技术所存在的问题，本专利技术提供了一种用于海水淡化
‑
提铀联产光热光催化膜及其制备方法，本专利技术技术构思具有如下特点：针对问题1，本专利技术制备以碳布为支撑体，聚丙烯腈为骨架，二氧化钛为填充物的光热光催化膜，其对细菌、胶体、泥沙等具有很高的截留效果，可用于海水淡化预处理。
[0012]针对问题2，本专利技术采用碳布作为膜分离料液层的支撑体，碳布增加分离膜机械性能的同时可以加速电子传输速率，加速光催化速率，并且碳布具有光热性能，能提高反应速率，光催化可以实现吸附限制，具有很高的选择性；针对问题3，本专利技术引入纳米二氧化钛，使所制备的分离膜表面具有微纳结构，提高了分离膜亲水性，提高分离膜通量，同时具有抗菌作用，关于微纳结构的抗菌机理有不同的理论解释，一种理论认为微纳结构与细菌的细胞膜相互作用，细胞膜与微纳结构接触的部分粘附力大，应力也较大，同时细胞膜与微纳结构没有接触的部分，由于拉伸应变超过细胞膜的限度而破裂；而另外一种理论则解释为细菌在微纳结构表面移动时，接触处产生的剪切力才是导致细胞膜破裂的主要原因；纳米二氧化钛产生氧自由基可以杀菌，同时碳布具有光热性能，可以产生光热自由基，具有杀菌作用；针对问题4，本专利技术引入纳米二氧化钛，光催化还原海水中铀酰离子为二氧化铀，二氧化铀不溶于海水，本专利技术所制备的分离膜具有分离功能，不溶性的二氧化铀不透过分离膜，在分离膜浓水侧得到浓缩及时得到提取，保证海水淡化与海水提铀能够连续运行。
[0013]为了实现多种功能，通过多种协同作用来完成，其中碳布所起作用为增加分离膜机械性能、提高电子传输提高光催化速率，光热提高反应速率同时能杀菌；纳米二氧化钛光催化还原铀，同时产生氧自由基可以杀菌，在分离膜表面形成微纳结构增加膜亲水性提高膜通量；聚丙烯腈起到固定二氧化钛，使二氧化钛分布均匀，同时起到截留除菌。多种协同作用完成，杀菌有助于提铀，同时杀菌消耗自由基，进而消耗空穴，有助于提铀。三者是相互补充，相互作用构成的一个整体，而不是简单的组合。
[0014]为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用如下技术方案：步骤1：碳布预处理：将10cm
×
8cm的碳布进行预处理，依次置于无水乙醇超声0.5小时，丙酮超声0.5小时，去离子水超声0.5小时，清洁碳布使其更易于导电且亲水，超声后干燥得到碳布A；步骤2：用导电胶带多次粘接在预处理过的碳布A表面，然后撕掉导电胶带，粘掉碳
布A表面浮毛，同时使碳布A表面起毛刺，裁剪掉过长毛刺，使碳布A表面布满长度为10
‑
150微米的毛刺，得到碳布B；步骤3：制备铸膜液：铸膜液1配比总重量计如下：聚丙烯腈8%
‑
15%，纳米二氧化钛1%
‑
5%，大分子添加剂0.5%
‑
5%，小分子添加剂5%
‑
20%，无机盐添加剂0.5%
‑
2%，非溶剂0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于海水淡化
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提铀联产光热光催化膜制备方法，该方法包括以下步骤：步骤1：碳布预处理：将10cm
×
8cm的碳布进行预处理，依次置于无水乙醇超声0.5小时，丙酮超声0.5小时，去离子水超声0.5小时，清洁碳布使其更易于导电且亲水，超声后干燥得到碳布A；步骤2：用导电胶带粘接在预处理过的碳布A表面，然后撕掉导电胶带，重复3次，粘掉碳布A表面浮毛，同时使碳布A表面起毛刺，裁剪掉过长毛刺，使碳布A表面布满长度为10
‑
150微米的毛刺，得到碳布B；步骤3：制备铸膜液：铸膜液1配比总重量计如下：分子量8
‑
30万的聚丙烯腈8%
‑
15%，10
‑
300纳米粒径纳米二氧化钛1%
‑
5%，大分子添加剂 0.5%
‑
5%，小分子添加剂 5%
‑
20%，无机盐添加剂0.5%
‑
2%，非溶剂0.1%
‑
2%，溶剂51%
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84.9%；铸膜液2配比总重量计如下：8
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30万分子量聚丙烯腈6%
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10%，10
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300纳米粒径纳米二氧化钛5%
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10%，大分子添加剂 2%
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5%，小分子添加剂5%
‑
20%，无机盐添加剂0.5%
‑
2%，非溶剂0.1%
‑
2%，溶剂51%
‑
81.4%；首先称100克溶剂，将所需纳米二氧化钛加入溶剂中，超声24小时，取出然后按配比加入其它组份，铸膜液80℃搅拌溶解12小时，然后将铸膜液放到负压为0.08MPa、温度为60℃的真空干燥箱中静置脱泡0.25
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2小时；步骤4：将步骤2处理好的碳布B，起毛刺的面朝上，把碳布B四周用胶带粘接到玻璃板上，调整刮膜刀的刮膜厚度为50
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100微米，将脱泡好的铸膜液1倒在碳布B上，控制刮膜刀匀速刮膜，形成第一层薄膜；0
‑
60s后，将脱泡好的铸膜液2倒在第一层薄膜上端，然后控制刮膜刀匀速刮膜，形成第二层薄膜，在空气中停留0
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120s后，将其缓慢放入第一凝固浴中，第一凝固浴温度为20
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40℃，1
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8小时后，拿出放入第二凝固浴中，第二凝固浴温度为20
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30℃，8
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24小时后获得一种用于海水淡化
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提铀联产光热光催化膜。2.如权利要求1所述一种用于海水淡化
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提铀联产光热光催化膜制备方法,其特征在于第一凝固浴和第二凝固浴组成均为纯水，第一凝固浴温度为30℃，第二凝固浴温度为25℃。3.如权利要求2所述一种用于海水淡化
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提铀联产光热光催化膜制备方法,其特征在于步骤3铸膜液1中分子量8
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30万的聚丙烯腈总重量计12%，纳米二氧化钛所选粒径为10
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100纳米，铸膜液2中8
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30万分子量聚丙烯腈总重量计8%，纳米二氧化钛所选粒径为10
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100纳米。4.如权利要求1所述一种用于海水淡化
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提铀联产光热光催化膜制备方法,其特征在于制备铸膜液：铸膜液1配比总重量计如下：8万分子量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王君，张兵涛，张宏森，刘琦，朱佳慧，刘婧媛，于静，陈蓉蓉，王乐乐，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：