一种3D蘑菇废料气凝胶及其制备方法和在吸附放射性核素锝中的应用技术

本发明专利技术公开一种3D蘑菇废料气凝胶及其制备方法和在吸附放射性核素锝中的应用。提取蘑菇废料中的纤维素，超声下与聚乙烯醇大分子链缠绕。再用3

【技术实现步骤摘要】
一种3D蘑菇废料气凝胶及其制备方法和在吸附放射性核素锝中的应用


[0001]本专利技术属于核素锝的处理以及绿色吸附材料制备
，具体涉及利用蘑菇废料，提取其中的纤维素，在超声作用下，使其与聚乙烯醇大分子链缠绕。再用3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)进行有机改性，使其暴露出游离的氨基，最后以戊二醛交联聚氨基咪唑离子液体的同时，引入对锝具有选择性的schiff碱键，合成了3D气凝胶状的蘑菇废料吸附材料3D
‑
MS。

技术介绍

[0002]锝(
99
Tc)是核废料中最危险的放射性同位素之一，具有半衰期长(t
1/2
＝2.13
×
105yrs)、核裂变产率高、环境流动性强、废液玻璃化过程挥发性强等特点。自从70年前首次使用核反应堆以来，核裂变已经产生了大约400公吨的
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Tc。
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Tc主要以稳定氧化态(TcO4‑
)的形式存在于核燃料废水中。TcO4‑
的溶解度高(11.3mol
·
L
‑1，20℃)，极易在地壳表层传播，对水环境构成巨大威胁。此外，TcO4‑
的挥发性和还原性也严重影响了核废料的玻璃化和铀提取过程。所以，从核废料和污染地下水中选择性和有效地固定
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Tc具有重要意义。但由于在实验室中难以处理具有高放射性的TcO4‑
，而ReO4‑
是一种与TcO4‑
结构相似的非放射性类似物，因此，在实验室中，ReO4‑
常常被用来评估TcO4‑
的去除效果。
[0003]近年来，去除水溶液中TcO4‑
的各种方法已被广泛研究，如溶剂萃取法、离子交换法、化学沉淀法、氧化还原法和吸附法等。其中，吸附法通过分子引力或化学键力的作用，将目标离子吸附到吸附剂的表面，以此实现分离的效果。吸附法不仅具有较大的吸附容量、良好的再生性能和选择性，还具有环境友好，动力学快速，操作简单，成本低等优点，在众多分离方法中备受青睐。
[0004]纤维素作为天然大分子物质，近些年基于纤维素开发的新材料受到不少学者的关注。气凝胶是一种用空气替代其多孔结构中的液体，且孔隙结构在替代过程中不塌陷的凝胶。作为第三代气凝胶，基于纤维素的气凝胶由于其低密度、高孔隙率、大比表面积、丰富的三维多孔结构和优良的热/电性能，不仅具有传统二氧化硅气凝胶和高分子气凝胶的众多优点，还具有纤维素本身的特点，如生物相容性。基于纤维素的气凝胶在环境修复、抗菌剂、EMI屏蔽和电化学储能方面的应用已不乏其例。Hasan.M制备的疏水纤维素纳米纤维气凝胶可以作为超吸附剂，对抗有毒的纺织染料，如结晶紫染料，在10mg
·
L
‑1的结晶紫(CV)水溶液中，硅烷改性纤维素纳米纤维气凝胶的吸附能力为150mg
·
g
‑1。Wei等利用细菌纤维素制备了一种纳米纤维碳气凝胶，它对目标抗生素具有极强的吸附能力，如对诺氟沙星、磺胺甲恶唑和氯霉素的最大吸附量分别为1926、1264和525mg
·
g
‑1。

技术实现思路

[0005]本专利技术利用蘑菇废料作为基体，通过交联聚氨基咪唑离子液体合成3D气凝胶，通过研究其对铼的吸附能力评估该气凝胶对锝的处理能力，并通过改变实验条件从而获取不
同比例条件下合成的气凝胶的稳定性和吸附能力。不仅有利于解决以蘑菇废料基为代表的生物质废料的污染问题，又有利于处理锝污染，实现以废治废目标。
[0006]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种3D蘑菇废料气凝胶，制备方法包括如下步骤：
[0007]1)将蘑菇废料研磨成粉末加入去离子水中，室温搅拌制成悬浮液，加入2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氧化物(TEMPO)、溴化钠和9％次氯酸钠，用氢氧化钠或盐酸调节混合体系的pH＝10后，超声分散，离心，所得沉淀干燥后，得中间产物；中间产物研磨成粉末加入去离子水混匀后，再加入对甲苯磺酸的叔丁醇溶液，混合均匀后，冷冻干燥，得中间体；
[0008]2)将步骤1)所得中间体加入去离子水中，然后加入聚乙烯醇(PVA)溶液，超声分散制成大分子缠绕的悬浮液，持续搅拌下，滴加3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)，升温至80℃搅拌2h后，加入聚氨基咪唑离子液体(PIL
‑
NH2)，搅拌下滴加戊二醛，继续搅拌2h，冷冻干燥，得3D蘑菇废料气凝胶。
[0009]优选的，步骤1)中，将蘑菇废料研磨成粉末，过200目筛，取筛下物。
[0010]优选的，步骤1)中，按质量比，中间产物:对甲苯磺酸＝1:0.05～0.2。
[0011]优选的，步骤2)中，按质量比，中间体:聚乙烯醇＝1:0.5～4。
[0012]优选的，步骤2)中，每1mL悬浮液加入0～0.4mL 3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷。
[0013]优选的，步骤2)中，每1mL悬浮液加入0～0.2g聚氨基咪唑离子液体。
[0014]优选的，步骤2)中，每1mL悬浮液加入0～0.4mL戊二醛。
[0015]本专利技术提供的一种3D蘑菇废料气凝胶作为吸附剂在吸附放射性核素锝中的应用。
[0016]优选的，方法如下：取含有锝离子的溶液，调节溶液的pH＝1～7，加入3D蘑菇废料气凝胶，在30℃，180～200r
·
min
‑1下，震荡吸附24h，过滤，干燥。
[0017]本专利技术，利用蘑菇废料中的纤维素与聚乙烯醇进行缠绕，通过APTES水解，使蘑菇废料具有伯氨基团，而后用戊二醛通过氨醛缩合将其与聚氨基咪唑离子液体交联，形成3D气凝胶状材料。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]1)本专利技术中3D蘑菇废料气凝胶含有大量可与锝(铼)发生离子交换作用的氯离子和与锝(铼)离子发生配位作用的C＝N双键，将聚氨基咪唑离子液体通过戊二醛交联在纤维素与聚乙烯醇缠绕的分子链上，从而形成气凝胶。
[0020]2)本专利技术实现制备的3D蘑菇废料气凝胶，合成路径绿色环保，合成的气凝胶吸附材料孔隙发达，结构稳定，耐压性强，回弹性好，对锝(铼)元素的吸附量大、具有实际应用性。
[0021]3)本专利技术原材料来源广，反应快速高效、反应条件温和、可以在有水或有氧的条件下进行，不需要昂贵的催化剂，制备的气凝胶可用于水污染中锝元素的处理。
[0022]4)本专利技术不仅有利于解决以废弃蘑菇废料基为代表的生物质废料的污染问题，又有利于放射性核素锝的回收和利用，达到以废治废目的。
[0023]5)本专利技术制备的3D蘑菇废料气凝胶，在pH＝3～7范围内，对溶液中的铼均有较大的吸附量，并在pH＝4时，对铼的最大吸附量为260.41mg
·
g
‑1。
[0024]综上所述，本专利技术制备的3D蘑菇废料气凝胶可以有效的吸附铼离子，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D蘑菇废料气凝胶，其特征在于，所述3D蘑菇废料气凝胶，制备方法包括如下步骤：1)将蘑菇废料研磨成粉末加入去离子水中，室温搅拌制成悬浮液，加入2,2,6,6
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四甲基哌啶氧化物、溴化钠和9％次氯酸钠，调节混合体系的pH＝10后，超声分散，离心，所得沉淀干燥后，得中间产物；中间产物研磨成粉末加入去离子水混匀后，再加入对甲苯磺酸的叔丁醇溶液，混合均匀后，冷冻干燥，得中间体；2)将步骤1)所得中间体加入去离子水中，然后加入聚乙烯醇溶液，超声分散制成悬浮液；持续搅拌下，滴加3
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氨基丙基三乙氧基硅烷，升温至80℃搅拌2h后，加入聚氨基咪唑离子液体，搅拌下滴加戊二醛，继续搅拌2h，冷冻干燥，得3D蘑菇废料气凝胶。2.根据权利要求1所述的一种3D蘑菇废料气凝胶，其特征在于，步骤1)中，将蘑菇废料研磨成粉末，过200目筛，取筛下物。3.根据权利要求1所述的一种3D蘑菇废料气凝胶，其特征在于，步骤1)中，按质量比，中间产物:对甲苯磺酸＝1...

【专利技术属性】
技术研发人员：付烺烺，王月娇，汪克超，阎卓熠，冯小庚，熊英，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：