一种氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的制备方法技术

一种氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的制备方法，它属于含铀放射性废水治理领域。本发明专利技术要解决现有纤维素表面接枝率低，与铀作用的功能位点数量有限，铀吸附性能有待提高的问题。制备方法：将纤维素粉及尿素分散于N,N

【技术实现步骤摘要】
一种氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的制备方法


[0001]本专利技术属于含铀放射性废水治理领域。

技术介绍

[0002]发展核能供热必须解决放射性废液的处置问题。核燃料循环各个环节中均会不可避免的产生放射性废水，其中铀是最重要的核心元素，铀是一种放射元素，通常以六价铀酰离子(UO
22+
)形式存在于水溶液中。如果含铀废水不经处理直接排放，必然会对生态环境造成严重的危害，放射性核素铀的高效分离是核燃料循环领域的研究热点和亟待攻克的难题之一。
[0003]含铀废水的处理方法主要包括离子交换、吸附、溶剂萃取、化学沉淀和蒸发浓缩萃取等，其中，吸附法因具有成本低、操作方便、实用性强、吸附剂选择广泛等优点，是最受关注的重金属污染物回收技术之一，广泛应用于放射性废水处理领域。纤维素作为最典型的生物质材料，具有官能团丰富、易修饰、来源广泛、成本低、环境友好等优点，在治理放射性元素铀对环境的污染方面有着其它吸附材料不可比拟的优势，受到越来越多学者关注。以纤维素作为吸附剂基体材料可以大大降低吸附剂材料成本，利于工业化推广。但是未改性纤维素吸附能力有限，需要进一步进行接枝改性。一般来说，锕系元素铀主要以四价或六价配合物形式存在，作为一种“硬”Lewis酸，U(VI)倾向于与“硬”Lewis碱形成稳定络合物，例如含有氧和/或氮供体的配体，如羧基、羟基、磷酸盐、氨基等。近期研究表明，含磷配体中两个羟基与磷氧键的存在对铀酰离子具有较强的亲和力，形成的络合物形态也十分稳定，通过各种物理化学改性引入含磷功能基团可定向性识别、捕获或者固定不同形态的铀酰离子。然而，纤维素由于分子链内和相邻分子链之间大量极性羟基形成庞大的氢键(
‑
O
‑
H
…
O)体系而具有两相结构，两相结构的存在严重影响纤维素的物理化学性质和反应性能，大部分反应单体只能到达纤维素的非晶区，而不能进入结晶区，最终导致纤维素表面接枝率低，可与铀作用的功能位点数量有限，阻碍了改性产物铀吸附能力进一步提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决现有纤维素表面接枝率低，与铀作用的功能位点数量有限，铀吸附性能有待提高的问题，进而提供一种氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的制备方法。
[0005]一种氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的制备方法，它是按以下步骤进行：
[0006]一、将纤维素粉及尿素分散于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，然后在温度为100℃～135℃的条件下，反应0.5h～1.5h，得到纤维素氨基甲酸酯的反应体系；
[0007]二、向纤维素氨基甲酸酯的反应体系中加入磷酸改性剂，然后在温度为130℃～150℃的条件下，反应2h～6h，冷却至室温，得到磷酸化改性纤维素的反应液；
[0008]三、将磷酸化改性纤维素的反应液清洗并干燥，得到氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂本专利技术的有益效果是：
[0009]传统的利用磷酸对纤维素进行改性的方法中，磷酸与纤维素的羟基位点进行反应
从而引入磷酸基团，本专利技术的一种氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的制备方法中，尿素的加入在纤维素表面引入氨基，纤维素中新引入的氨基与原有羟基同时与磷酸进行反应，增加了磷酸化活性位点的数量，从而获得了具有高吸附容量(1006.9mg/g)、快速的吸附动力学(10分钟就达到70％的去除率，480分钟就达到吸附平衡)、优异吸附选择性的含磷纤维素基铀吸附剂。铀吸附性能优于目前已报道的纤维素基铀吸附材料。
[0010]本专利技术采用的纤维素来源广泛、天然可再生、成本低廉，环境友好。操作简单，可控性强，易于工业规模化生产的优势，社会经济效益前景广阔，适用于含铀放射性废水治理领域。
[0011]说明书附图
[0012]图1为实施例一制备的氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的红外图；
[0013]图2为实施例一制备的氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的表面扫描电镜图以及mapping图，(a)为扫描电镜图，(b)为C元素，(c)为O元素，(d)为N元素，(e)为P元素；
[0014]图3为实施例一制备的氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂吸附时间对吸附效果的影响图；
[0015]图4为实施例一制备的氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的吸附等温线；
[0016]图5为实施例一制备的氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂竞争离子对吸附效果的影响图，1为吸附前，2为吸附后，线条为去除率；
[0017]图6为实施例一制备的氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂与对比实验一制备的磷酸化纤维素铀吸附剂的吸附性能对比图；
[0018]图7为实施例一及对比实验二制备的氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的吸附性能对比图。
具体实施方式
[0019]具体实施方式一：本实施方式一种氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的制备方法，它是按以下步骤进行：
[0020]一、将纤维素粉及尿素分散于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，然后在温度为100℃～135℃的条件下，反应0.5h～1.5h，得到纤维素氨基甲酸酯的反应体系；
[0021]二、向纤维素氨基甲酸酯的反应体系中加入磷酸改性剂，然后在温度为130℃～150℃的条件下，反应2h～6h，冷却至室温，得到磷酸化改性纤维素的反应液；
[0022]三、将磷酸化改性纤维素的反应液清洗并干燥，得到氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂。
[0023]本实施方式的有益效果是：
[0024]传统的利用磷酸对纤维素进行改性的方法中，磷酸与纤维素的羟基位点进行反应从而引入磷酸基团，本实施方式的一种氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的制备方法中，尿素的加入在纤维素表面引入氨基，纤维素中新引入的氨基与原有羟基同时与磷酸进行反应，增加了磷酸化活性位点的数量，从而获得了具有高吸附容量(1006.9mg/g)、快速的吸附动力学(10分钟就达到70％的去除率，480分钟就达到吸附平衡)、优异吸附选择性的含磷纤维素基铀吸附剂。铀吸附性能优于目前已报道的纤维素基铀吸附材料。
[0025]本实施方式采用的纤维素来源广泛、天然可再生、成本低廉，环境友好。操作简单，
可控性强，易于工业规模化生产的优势，社会经济效益前景广阔，适用于含铀放射性废水治理领域。
[0026]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的纤维素粉与尿素的质量比为1:(10～30)。其它与具体实施方式一相同。
[0027]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤一中所述的纤维素粉的质量与N,N
‑
二甲基甲酰胺的体积比为1g:(150～190)mL。其它与具体实施方式一或二相同。
[0028]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述的磷酸改性剂为质量百分数为85％的浓磷酸。其它与具体实施方式一至三相同。
[0029]具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行：一、将纤维素粉及尿素分散于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，然后在温度为100℃～135℃的条件下，反应0.5h～1.5h，得到纤维素氨基甲酸酯的反应体系；二、向纤维素氨基甲酸酯的反应体系中加入磷酸改性剂，然后在温度为130℃～150℃的条件下，反应2h～6h，冷却至室温，得到磷酸化改性纤维素的反应液；三、将磷酸化改性纤维素的反应液清洗并干燥，得到氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂。2.根据权利要求1所述的一种氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的纤维素粉与尿素的质量比为1:(10～30)。3.根据权利要求1所述的一种氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的纤维素粉的质量与N,N
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二甲基甲酰胺的体积比为1g:(150～190)mL。4.根据权利要求1所述的一种氨基增强磷酸化纤维素铀吸附剂的制备方法，其特征在于步骤二中所述的磷酸改性剂为质量百分数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵弘韬，张楠，李金凤，李耀睿，田波，李志刚，王艺，张建伟，李拓，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：