温敏性偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种温敏性偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶及其制备方法，涉及新型吸附材料技术领域。本发明专利技术通过将细菌纤维素进行偕胺肟改性后和一定比例的温敏单体N

【技术实现步骤摘要】
温敏性偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及新型吸附材料领域，特别涉及一种可用于铀吸附的温敏性偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶的制备方法。

技术介绍

[0002]随着全球人口的急剧增长和工业化的迅猛发展，人类对能源的需求也在加速增长。而由于传统化石燃料(煤炭、石油、天然气等)的日趋枯竭，世界正面临着巨大的能源危机。同时，空气质量、气候变暖等重大环境问题也对替代能源提出了更高的要求。核能作为一种高效、清洁的能源，有助于解决化石燃料的短缺和气候环境的影响，而铀作为核能的基本资源便引起了人们的极大关注。目前国内外提取铀的方法主要有蒸发浓缩、化学沉淀、离子交换、吸附分离、生物处理等方法。吸附法由于其操作简单，材料丰富，工艺成熟，应用范围广等优点，近年来受到越来越多的关注。
[0003]经过几十年的发展，研究开发出铀的吸附材料主要包含：无机吸附材料、合成聚合物吸附材料以及纳米吸附材料等。无机吸附材料(如铅化合物、二氧化锰、碱式碳酸锌等)有附速率快、制备简单、易洗脱等优点，有机吸附剂包括膦酸系列、胺基系列、大环化合物系列及偕胺肟基化合物系列材料，而偕胺肟基的C＝N双键上的成键电子以C＝N
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O中O上的孤对电子与铀酰离子发生螯合反应，并表现很强的络合能力和较高的选择性，而成为提取铀最优的材料。但是单一的偕胺肟基吸附材料由于亲水性不佳和吸附动力学效率较低等原因，其对铀酰离子的吸附速率难以尽如人意。要进一步提高偕胺肟基吸附材料的吸附速率，引入细菌纤维素与偕胺肟基产生协同吸附无疑是有效可行的途径。
[0004]细菌纤维素(BC)是由木醋杄菌等细菌发酵而来，具有高比表面积、高吸水性等特性，易于与其他水相中物质的相互接触作用，BC的主要官能团为
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OH，对金属离子具有一定的吸附作用，但由于对UO
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的选择性较差，而且BC内部存在强大的氢键体系，导致其吸附性能较差，对细菌纤维素进行改性提高其吸附性能成为研究热点。因此，有必要对具有高比表面积的细菌纤维素进行偕胺肟改性，用以提高其对铀的吸附选择性及吸附容量。
[0005]因此，如何提供一种高吸附率、高选择性的偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶是本领域技术人员亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种温敏性偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶的制备方法，解决了现有同类材料对铀吸附量低且吸附效率低的问题。
[0007]需要说明的是，偕胺肟基团的吸附材料因其对UO
22+
高的选择性和吸附能力，是最为理想的提铀吸附材料，将细菌纤维素进行偕胺肟改性，使材料同时具有细菌纤维素的高比表面积和偕胺肟基团对UO
22+
选择性和吸附能力，实现对UO
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吸附的高效率、高选择性和高吸附能力。
[0008]温敏性水凝胶是一种受外界温度变化影响时能够产生形态变化的智能水凝胶，一
般由高分子链交联而成，具有三维网络结构。由于其链上有大量的亲水与疏水基团，当凝胶所处的环境温度发生变化时，两种基团作用的强弱变化会导致凝胶的溶胀或收缩。由于溶液中的小分子可以自由地在水凝胶的网状结构中扩散和渗透，因此水凝胶常用于从水相溶液中吸附小分子物质，比如重金属离子。
[0009]进一步地，本专利技术通过将细菌纤维素进行偕胺肟改性，并加将其与N
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异丙基丙烯酰胺聚合制备出温敏性偕胺肟基细菌纤维素水凝胶，用于对液体中铀离子的吸附分离。
[0010]具体地，本专利技术将具有温敏性的N
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异丙基丙烯酰胺与具有高选择性和高吸附容量的偕胺肟细菌纤维素结合成温敏性水凝胶。当凝胶所处的环境温度升高，亲疏水基团作用的强弱变化会导致凝胶结构上的收缩，从而加快吸附速率。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0012]本专利技术第一技术目的是提供一种温敏性偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
[0013](1)氰乙基细菌纤维素的合成：在碱的条件下，细菌纤维素中被活化的羟基与丙烯腈中的C＝C双键发生Michael加成反应。
[0014]将干重1.44g的细菌纤维素凝胶用粉碎机打碎后分散在160mLNaOH溶液(1mol/L)中并在室温下活化7h，然后在搅拌下滴加80mL丙烯腈，在室温下反应12小时，所得产物用超纯水离心清洗3次，除掉上层清液，即得到氰乙基细菌纤维素；
[0015](2)偕胺肟基纤维素(BCAO)的合成：氰乙基与羟胺发生的亲核加成反应。
[0016]配制200mL的盐酸羟胺(NH2OH
·
HCl)和氢氧化钠(NaOH)[n(NH2OH
·
HCl):n(NaOH)]＝1:1)的混合溶液，加入圆底烧瓶中，氰乙基细菌纤维素加入该混合溶液中，50℃搅拌反应12h后，将所得产物用去超纯水离心清洗3次，除去上层清液，即得到偕胺肟基细菌纤维素(BCAO)；
[0017](3)将0.5g BCAO分散在100mL质量分数为0.5％的NaOH溶液中，加入2.5g温敏单体N
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异丙基丙烯酰胺、4.5g引发剂2,2'
‑
偶氮(2
‑
甲基丙基咪)二盐酸盐(AIBA)以及0.31g交联剂N,N
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亚甲基双丙烯酰胺(BIS)，30℃反应3小时，40℃反应1小时，50℃反应1小时，60℃反应1小时，70℃反应3小时后，去离子水冲洗三遍后得到所述温敏性偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶(BCOU)。
[0018]本专利技术第二技术目的是提供由上述方法制备的温敏性偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶。
[0019]本专利技术第三技术目的是提供由上述方法制备的温敏性偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶在铀吸附中的应用。
[0020]需要说明的是，本专利技术用于铀的分离与提取，通过对细菌纤维素偕胺肟改性并与温敏单体N
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异丙基丙烯酰胺结合，增强了细菌纤维素对铀的吸容量以及吸附速率。
[0021]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供的一种温敏性偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶及其制备方法与应用，具有如下优异效果：
[0022]1)本专利技术采用偕胺肟基细菌纤维素为基质，与温敏单体结合，通过梯度升温法制得了具有温敏性的水凝胶，制备方法简单，成本较低，在海水提铀中具有良好的应用前景。
[0023]2)本专利技术使用N
‑
异丙基丙烯酰胺作为温敏单体，合成偕胺肟基细菌纤维素水凝胶(BCOU)，N
‑
异丙基丙烯酰胺与偕胺肟基协同吸附，操作简单，制得的水凝胶具有良好的温敏
性，在高温下可快速吸附。
[0024]3)本专利技术对细菌纤维素进行偕胺肟改性，偕胺肟基团能与重金属离子形成很强的螯合作用，改变了细菌纤维素吸附性能较差的缺点，增加了配位和吸附效率。
[0025]4)实验结果表明，在高温下本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温敏性偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：(1)将细菌纤维素凝胶粉碎后分散在NaOH溶液中，在室温下活化，然后在搅拌下滴加丙烯腈，于室温反应，所得产物用超纯水离心清洗3次，除掉上层清液，即得到氰乙基细菌纤维素；(2)配制盐酸羟胺NH2OH
·
HCl和氢氧化钠NaOH混合溶液，加入圆底烧瓶中，氰乙基细菌纤维素加入该混合溶液中反应后，将所得产物用去超纯水离心清洗3次，除去上层清液，即得到偕胺肟基细菌纤维素BCAO；(3)将所述BCAO分散在NaOH溶液中，加入温敏单体N
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异丙基丙烯酰胺、引发剂2,2'
‑
偶氮(2
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甲基丙基咪)二盐酸盐AIBA以及交联剂N,N
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亚甲基双丙烯酰胺BIS，待反应后，去离子水冲洗三遍，即得到所述温敏性偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶BCOU。2.根据权利要求1所述的温敏性偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，细菌纤维素活化时间为7
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10h，添加的丙烯腈与细菌纤维素的体积/质量比为60
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80mL：1.44g。3.根据权利要求2所述的温敏性偕胺肟改性细菌纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，所述NaOH溶液的体...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹学琼，刘秀美，游滢，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：