一种基于静电喷雾法制备的PAO/SA颗粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种基于静电喷雾法制备的PAO/SA颗粒及其制备方法和应用，属于新材料制备技术领域；在本发明专利技术中，将静电雾化技术与提铀技术相结合，基于电场强化作用下高效制备了尺寸可控的提铀颗粒PAO/SA，所述PAO/SA颗粒尺寸可调可控，能够根据不同的提铀条件对颗粒尺寸进行精确控制，且颗粒能够通过重力沉降快速高效回收，极大提高了材料回收效率，降低了材料回收能耗，在作为吸附剂吸附提取铀中有着很好的应用。好的应用。好的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于静电喷雾法制备的PAO/SA颗粒及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于新材料制备
，具体涉及一种基于静电喷雾法制备的PAO/SA颗粒及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]化石能源的过度使用大大增加了碳排放量和全球温度，能源危机和环境污染已经成为阻碍工业发展的两个紧迫问题。核能被认为是最有前途的未来能源之一，可以在满足未来的能源需求的同时显著减少温室气体的排放。铀资源作为核能的原材料，对发展核电具有重要意义。陆地上的铀储量有限，但海洋中共有约45亿吨的铀，如果能以经济高效的方式提取，足以满足人类社会数千年的能源消耗。截至目前，研究者们已经开发出了一系列提取铀的方法，包括离子交换法、电化学提取法、液体提取法和吸附法等。其中，吸附法被认为是一种经济效益高且较成熟的方法，最有希望实现工业化提铀。然而，海水中铀的浓度极低(约3.3ppb)、存在多种多样的竞争性离子和复杂的海洋环境等都增加了吸附提铀的难度。因此，迫切需要开发一种环境友好、价格低廉、高效率且对铀具有高选择性的吸附剂。
[0003]目前为止，已报道的铀吸附材料有：金属氢氧化物、碳基吸附剂、金属有机框架(MOFs)、共价有机框架(COFs)、多孔有机聚合物(POPs)、多孔芳烃框架(PAFs)等。在所有已报道的吸附剂中，聚偕胺肟(PAO)基材料具有选择性好、吸附性能优异和成本低廉等优点，且偕胺肟基可以通过温和的反应条件由腈团转化得到，被认为是最有潜力实现工业提铀的材料。然而，现有PAO基吸附材料大都为粉末形式，其回收通常需要高能耗的方法(如离心和膜分离等)，阻碍了PAO基吸附材料在工业化提铀中的应用。为提高吸附剂的回收率，采用相分离和滴注法等方法制备了偕胺肟化纤维素微球、聚脲交联海藻酸盐气凝胶珠、壳聚糖管状纳米复合微球、偕胺肟化聚丙烯腈/海藻酸盐水凝胶珠等。虽然这些微球可以通过重力沉降被轻易回收，但颗粒的制备效率较低，且球体尺寸大、表面积小、吸附性能较差。因此，高效制备尺寸可控的颗粒，在高效提铀的同时实现材料的便捷回收仍然是一个巨大的挑战。
[0004]电流体雾化(EHDA)是指流体在电场中的雾化，能够高效产生大小可控的均匀液滴(范围从亚微米到毫米)，在药物输送、喷墨打印和功能粒子制备等方面有广泛的应用。通过改变施加电压，可以观察到各种EHDA模式：包括滴状模式、微滴模式、振荡微滴模式和纺锤模式等。在滴状模式和微滴模式的范围内，随着电压的增加液滴尺寸逐渐减少、液滴的产生频率逐渐增大。在滴状模式下，液滴的极限尺寸可以接近毛细管喷嘴的外径(D
o
)，直到电压达到一个临界值，将EHDA模式从滴状模式转变为微滴模式。在微滴模式下，液滴的尺寸将急剧减小(在0.05D
o
到0.85D
o
的范围内)，同时液滴的产生频率也将激增。因此，微滴模式在高效产生液滴的同时，能够将液滴尺寸控制在理想范围内，适合于颗粒的大规模工业制备。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种基于静电喷雾法制备的PAO/SA颗粒及其制备方法和应用。在本专利技术中，将静电雾化技术与提铀技术相结合，基于电场强化作用
下高效制备了尺寸可控的提铀颗粒PAO/SA，所述PAO/SA颗粒尺寸可调可控，能够根据不同的提铀条件对颗粒尺寸进行精确控制，且颗粒能够通过重力沉降快速高效回收，极大提高了材料回收效率，降低了材料回收能耗，在作为吸附剂吸附提取铀中有着很好的应用。
[0006]本专利技术中首先提供了一种基于静电喷雾法制备的PAO/SA颗粒，所述PAO/SA颗粒表面呈褶皱状，内部为中空结构，且壳体存在相互贯穿的纳米孔状结构；所述PAO/SA颗粒以Ca
2+
和Cu
2+
为离子交联剂，交联不同的高分子链；所述PAO/SA颗粒的尺寸在10mm
‑
0.05mm之间进行调控。
[0007]本专利技术中还提供了上述PAO/SA颗粒的制备方法，具体包括如下步骤：
[0008]将聚偕胺肟(PAO)和海藻酸钠(SA)溶于碱性溶液中，得到PAO/SA溶液，然后将PAO/SA溶液在毛细针管和环状电极之间产生的非均匀电场强化下雾化成尺寸可控的PAO/SA微液滴；
[0009]将PAO/SA微液滴滴加至凝固池，滴加过程中凝固池持续搅拌，直至形成PAO/SA微凝胶颗粒，然后自然沉降、洗涤、冷冻干燥，得到所述PAO/SA颗粒。
[0010]进一步的，所述聚偕胺肟(PAO)由聚丙烯腈(PAN)偕胺肟化后制得，并且经冷冻干燥后被研磨成粉末；所述PAO和SA质量比为0.1:1～3:1。
[0011]进一步的，所述碱性溶液为NaOH溶液；所述NaOH溶液的浓度为0.1～0.2M。
[0012]进一步的，聚偕胺肟(PAO)和海藻酸钠(SA)溶于碱性溶液时，碱性溶液的温度为80℃，溶解过程中搅拌至溶解充分。
[0013]进一步的，所采用毛细针管型号为8G
‑
32G，毛细针管末端到环状电极的距离为10～20mm。
[0014]进一步的，所述非均匀电场中的施加的电压范围为0
‑
7kV，泵送PAO/SA溶液进行静电雾化的流量范围为5
‑
1000μL/min，在微滴模式下液滴的产生频率为100
‑
1000Hz。
[0015]进一步的，所述凝固池为5wt％Cacl2和1.5wt％Cucl2的混合溶液，凝固池溶液体积为PAO/SA溶液体积的2
‑
3倍。
[0016]进一步的，所述的凝固池搅拌速度为100
‑
800rpm，搅拌的时间为2h。
[0017]本专利技术中还提供了上述PAO/SA颗粒作为吸附剂在提取铀中的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0019]本专利技术创新性的将静电雾化技术与提铀技术相结合，基于电场强化作用，通过改变电压和流量等参数调控PAO/SA溶液的雾化模式和液滴粒径，进而实现PAO/SA颗粒的尺寸可控制备。静电雾化通常是指液体以一定流量从带有高压静电的毛细通管中流出，在毛细管末端出口处液体会受重力、电场力、表面张力等的作用而形成细小射流，并进一步破碎成细小单分散液滴的过程。通过改变施加电压可以有效控制雾滴的粒径分布及产生频率。将静电雾化技术与提铀技术相结合，可以高效制备粒径可控的提铀颗粒(每小时可制备大约106个颗粒)，在保证高效提铀的同时，通过重力沉降实现颗粒的快速回收，更加适合提铀的工业化生成。因此，相比其它提铀材料制备方法，本专利技术的制备方法新颖、操作简便、效率高、成本低廉，更适用于大规模工业提铀。
[0020]本专利技术中，通过EHDA技术高效制备粒径可控的复合微粒子(CPs)，在提高材料提铀性能的同时，使颗粒能够通过重力沉降快速回收，以促进提铀技术的工业化。本专利技术中选用PAO为提铀单体，SA为支撑材料。PAO可在较温和的条件下通过PAN的偕胺肟化制得，制备成<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于静电喷雾法制备的PAO/SA颗粒，其特征在于，所述PAO/SA颗粒表面呈褶皱状，内部为中空结构，且壳体存在相互贯穿的纳米孔状结构；所述PAO/SA颗粒以Ca
2+
和Cu
2+
为离子交联剂，交联不同的高分子链；所述PAO/SA颗粒的尺寸在10mm
‑
0.05mm之间进行调控。2.权利要求1所述的基于静电喷雾法制备的PAO/SA颗粒的制备方法，其特征在于，包括：将聚偕胺肟PAO和海藻酸钠SA溶于碱性溶液中，得到PAO/SA溶液，然后将PAO/SA溶液在毛细针管和环状电极之间产生的非均匀电场强化下雾化成尺寸可控的PAO/SA微液滴；将PAO/SA微液滴滴加至凝固池，滴加过程中凝固池持续搅拌，直至形成PAO/SA微凝胶颗粒，然后自然沉降、洗涤、冷冻干燥，得到所述PAO/SA颗粒。3.根据权利要求2所述的基于静电喷雾法制备的PAO/SA颗粒的制备方法，其特征在于，所述聚偕胺肟PAO由聚丙烯腈PAN偕胺肟化后制得，并且经冷冻干燥后被研磨成粉末；所述PAO和SA质量比为0.1:1～3:1。4.根据权利要求2所述的基于静电喷雾法制备的PAO/SA颗粒的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为NaOH溶液；所述NaOH溶液的浓度为0.1～0.2M。5.根据权利要求2所述的基于静电喷雾...

【专利技术属性】
技术研发人员：于凯，陈嘉禾，贾建光，陈浩，潘虹宇，蒋永丰，袁洋，潘建明，王军锋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：