一种基于分子筛的纤维膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种基于分子筛的纤维膜及其制备方法和应用，纤维膜是以微孔分子筛和聚偏氟乙酸为原料，通过静电纺丝制备得到；所述微孔分子筛为能吸附放射性核素的微孔分子筛。所述基于分子筛的纤维膜通过静电纺丝一体成型，可以直接作为放射性核素固相萃取盘使用，无需二次封装，成本低廉，无需活化。无需活化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分子筛的纤维膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于吸附材料领域，涉及一种基于分子筛的纤维膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]核电是清洁、高效、经济和成熟的能源形式，为绿色低碳转型做出了重要贡献。但核能发电会产生放射性固废、废液和废气等放射性污染源。
[0003]目前，对放射性核素分离和吸附的有效方法之一为离子交换/吸附。离子交换/吸附分离过程中，离子交换剂/吸附剂同废液中的放射性离子之间发生较强的非键相互作用(主要是库仑力和范德华力)，使放射性核素从液相转移到离子交换剂/吸附剂固相，在一定条件下，放射性核素可以被其它离子从离子交换剂/吸附剂中交换出来，从而实现离子交换剂/吸附剂的再生，且可以通过开发选择性好、离子交换/吸附容量大、在强酸性稳定的无机离子交换剂/吸附剂来克服自身缺点，显著降低高放废液中以离子形态存在的放射性核素的分离难度和成本。
[0004]目前可用于核素离子交换(主要针对1
37
Cs
+
和
90
Sr
2+
)吸附的材料有沸石分子筛、结晶性开放骨架钛硅酸盐、杂多酸盐、亚铁氰化物、多价金属酸性盐、硫化物以及金属有机框架(MOFs)等。通过调控沸石分子筛骨架结构、化学组成，可实现其高选择性、热稳定性、耐酸等性能，提高其对目标放射性核素的吸附和分离能力，为其作为核素固相萃取介质提供了可行性。
[0005]传统的固相萃取技术(Solid Phase Extraction，简称SPE)采用微米级吸附剂粉体(萃取介质)作为填料，填充于注射针筒型装置中，并装有上下两个塑料或玻璃纤维塞片。但此类固相萃取柱在实际使用中存在可处理样品量小、单柱通量低、产生沟渠效应、回收率低、高含量颗粒物样品易堵塞萃取柱等缺点。针对这些问题，CDS Analytical公司推出的EMPORE(原3M公司旗下)将聚四氟乙烯膜作为基质，在内部封装键合硅胶或聚苯乙烯
‑
二乙烯苯多孔吸附剂颗粒，在一定程度上解决了小柱流速慢、沟渠流和易堵塞的问题，封装在聚四氟乙烯纤维膜中的固相萃取颗粒密度大、均匀、重量轻，分析物到空隙扩散的路径短，萃取效率高，成为行业的事实性标准，技术垄断了近三十年。针对放射性核素，目前国内外仅有CDS Analytical一家企业生产和销售膜片式核素固相萃取盘(EMPORE Strontium RAD DISK、EMPORE Radium RAD DISK、EMPORE Technetium RAD、EMPORE Caesium RAD)。该产品同样采用聚四氟乙烯(PTFE)膜作为基质，对于四种不同的核素(锶
137
Sr，镭
228
Ra、
226
Ra，锝
99
Tc，铯
90
Cs)使用不同的吸附介质，在内部封装微米级SiO2颗粒(9
‑
12μm)作为固相萃取颗粒之外，Ra
‑
RAD和Sr
‑
RAD膜片上面以共价键结合了冠醚分子，Tc
‑
RAD膜片是结合了GD21吸附剂，Cs
‑
RAD膜片是结合了KCo[Fe(CN)6]晶体。
[0006]但是，现有的核素固相萃取盘仍然存在以下缺陷和不足：
[0007]1.EMPORE核素固相萃取盘(EMPORE 3290(锶Sr)、3291(镭Ra)、3292(锝Tc)、3293(铯Cs))均采用标称粒径9
‑
12μm的SiO2颗粒介质，经过冠醚、铁氰酸盐等对颗粒表面进行官能团修饰，实现对样品中目标核素的选择性萃取，此类颗粒介质比表面积有限，颗粒表面功
能化修饰工艺复杂。此外EMPORE系列核素固相萃取盘均采用将微米级萃取颗粒封装在聚四氟乙烯纤维膜内，原料贵(聚四氟乙烯膜、微米级吸附成分)，封装工艺复杂，且制造工艺为3M公司专有(现为CDS Analytical公司所有)，技术壁垒高、垄断性强，导致产品非常昂贵，国内四款产品售价约为同公司同规格的针对有机物固态萃取盘(EMPORE 2215C18 DIS，47mm，20/pk)的3
‑
8倍，售价高达360
‑
890元/片(
90
Sr，
226
Ra/
228
Ra，
137
Cs，
99
Tc)，平均售价13764元/盒，每盒20片。
[0008]2.由于封装在EMPORE核素固相萃取盘中的萃取介质为直径9微米的SiO2吸附剂颗粒(结合不同的吸附成分)，决定了聚四氟乙烯纤维膜片对所通过样品的有效孔径需控制在几微米以下，以避免使用过程中萃取剂颗粒随样品流失。这一限制导致了EMPORE膜片的样品通量无法逾越当前瓶颈，直径47mm的EMPORE RAD DISK膜片最大样品通量仅为50mL/min，处理1L样品大约需要20分钟。
[0009]3.EMPORE RAD DISK产品进样前(锶、镭)需用有机溶剂对核素固相萃取盘进行保湿和硝酸浸润活化。针对
90
Sr需要先用5mL甲醇预润(该步骤亦被称作“活化”)，而后和
228
Ra一样需要20mL硝酸(2M)预酸洗和20mL硝酸(2M)载样后酸洗。该步骤对于确保分析物的回收率与结果重现性至关重要，但需消耗大量有机溶剂并产生废液，且此预处理步骤将耗费实验操作人员大量无效时间。

技术实现思路

[0010]为了解决上述现有技术的问题，本专利技术提供一种基于分子筛的纤维膜及其制备方法和应用，所述基于分子筛的纤维膜一体成型，可以直接作为放射性核素固相萃取盘使用，无需二次封装，成本低廉，无需活化。
[0011]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0012]一种基于分子筛的纤维膜，其是以微孔分子筛和聚偏氟乙酸为原料，通过静电纺丝制备得到；
[0013]所述微孔分子筛为能吸附放射性核素的微孔分子筛。
[0014]优选的，所述原料还包括碳纳米管。
[0015]优选的，所述原料还包括助剂，所述助剂为聚乙二醇、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺中的一种或多种。
[0016]优选的，分子筛和聚偏氟乙酸的质量比为(8
‑
8.5)：(1
‑
1.5)。
[0017]优选的，所述纤维膜中纤维直径为2
‑
15μm，纤维膜厚度为80
‑
300μm。
[0018]所述的基于分子筛的纤维膜的制备方法，包括：
[0019]S1，将原料加入溶剂中，分散均匀，得到前驱体溶液；
[0020]S2，将前驱体溶液通过静电纺丝工艺制成纤维膜，干燥，得到基于分子筛的纤维膜。
[0021]优选的，S1中，所述微孔分子筛的制备方法为：
[0022]a)若放射性核素为阳离子
[0023]根据第一性原理理论，确定与放射性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分子筛的纤维膜，其特征在于，其是以微孔分子筛和聚偏氟乙酸为原料，通过静电纺丝制备得到；所述微孔分子筛为能吸附放射性核素的微孔分子筛。2.根据权利要求1所述的基于分子筛的纤维膜，其特征在于，所述原料还包括碳纳米管。3.根据权利要求1所述的基于分子筛的纤维膜，其特征在于，所述原料还包括助剂，所述助剂为聚乙二醇、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的基于分子筛的纤维膜，其特征在于，分子筛和聚偏氟乙酸的质量比为(8
‑
8.5)：(1
‑
1.5)。5.根据权利要求1所述的基于分子筛的纤维膜，其特征在于，所述纤维膜中纤维直径为2
‑
15μm，纤维膜厚度为80
‑
300μm。6.权利要求1
‑
5任一项所述的基于分子筛的纤维膜的制备方法，其特征在于，包括：S1，将原料加入溶剂中，分散均匀，得到前驱体溶液；S2，将前驱体溶液通过静电纺丝工艺制成纤维膜，干燥，得到基于分子筛的纤维膜。7.根据权利要求6所述的基于分子筛的纤维膜的制备方法，其特征在于，S1中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯国栋，丁书江，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：