一种磺酸官能化的N，P和B共掺杂碳材料铀电吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磺酸官能化的N，P和B共掺杂碳材料铀电吸附剂的制备方法。本发明专利技术本发明专利技术以聚磷腈衍生杂原子共掺杂碳材料为前驱体，通过与硫酸进行水热反应，制备出磺酸化杂原子共掺杂碳材料铀电吸附剂BNPCs

【技术实现步骤摘要】
一种磺酸官能化的N，P和B共掺杂碳材料铀电吸附剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及碳材料铀吸附剂的制备领域，尤其是涉及一一种磺酸官能化的N，P和B共掺杂碳材料铀电吸附剂的制备方法。

技术介绍

[0002]铀是一种重金属和原始放射性核素，是核燃料的关键元素。随着全球核能的开发利用，越来越多的铀被释放到水环境中，对人类健康和生态系统构成重大威胁。铀矿的开采和加工以及随后的燃料加工会产生大量的放射性废物和废水，其中含有各种放射性核素。这些铀 (VI)可以通过食物链积累并最终进入有机生命体的循环系统。从而对水生生物和人类的生命构成严重威胁。放射性物质超标的话会直接影响到人们的健康，尤其对于幼儿、老人以及孕妇来说，这是因为这类人群的免疫能力下降，对外界的抵抗能力也较弱，受到放射性物质的危害较大。因此迫切需要开发新的材料和工艺，在废水排放到环境之前将其清除。
[0003]电容去离子（CDI）技术是水处理领域广泛采用的一种有利方法，通过对电极电气双层（EDLs）中的带电离子进行电吸附，预期产生纯净水。在电场力的作用下，水溶液中的阳离子和阴离子被转移至带有相反电荷的电极。分离出的离子可以储存在电极表面的电气双层中。电极再生可以通过改变电压或短路电极来实现，从而释放被吸附的离子回到溶液中。与传统方法相比，CDI技术具有常温低压操作、环境友好和电极再生便利等优点。
[0004]电吸附的性能主要取决于所使用的电极。碳材料（如活性炭、碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管和石墨烯）由于其高电导率、大比表面积、出色的多孔结构和经济性，常被用作电极材料。然而，由于选择性和吸附电容较低，这些碳材料在CDI性能上表现相对较差。碳材料的电容行为主要受到可接触的比表面积和表面功能团的影响。多孔碳材料的微观形貌和物理化学性质显著影响其电化学特性。引入杂原子到碳材料中可以优化材料表面的电子分布和局部键合，从而实现优异的电化学性能。此外，杂原子的数量和共掺杂效应还可以进一步增强碳材料的电化学反应活性。此外，功能化可以改善电极的表面结构，并增加对U（VI）的吸附位点。以往的研究表明，磺酸基团由于其出色的亲水性能，可以作为铀吸附的有效功能团。因此，杂原子掺杂和官能团修饰是增强碳材料性能的关键策略。
[0005]有鉴于此，本专利技术拟将杂原子共掺杂碳材料与磺酸基团结合起来并应用于废水中铀酰离子的电吸附，以改善其应用性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在提供一一种磺酸官能化的N，P和B共掺杂碳材料铀电吸附剂的制备方法。本专利技术所使用的碳材料为聚磷腈衍生的杂原子掺杂碳材料，进而与硫酸进行水热反应，制备出磺酸化杂原子共掺杂碳材料铀电吸附剂BNPCs
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SO3H。碳材料的杂原子为铀酰离子的吸附奠定了基础，杂原子的数量和杂原子间的共掺杂带来的协同效应可以进一步提升材料
的电化学反应活性，而磺酸基团的引入可以在吸附剂表面提供更多的吸附位点，进一步提升吸附容量。本专利技术中的磺酸化杂原子共掺杂碳材料铀电吸附剂的制备方法简单、结构明确、稳定性好，可用于对铀酰离子的选择性高效电吸附，具有良好的应用前景。本专利技术不仅可为吸附材料前驱体的设计和调控提供新思路，还为制备高效铀电吸附剂提供了新途径。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种磺酸官能化的N，P和B共掺杂碳材料铀电吸附剂的制备方法，包括如下步骤：1）杂原子共掺杂碳材料的制备：首先将六氯环三磷腈与苯二硼酸加入乙腈中溶解搅拌并命名为溶液A，其次将溶液A转移到超声波浴，在 80℃的恒温下保持3h；将反应液真空抽滤，用乙腈和无水乙醇洗涤，干燥12h后得白色粉末聚磷腈。将研磨均匀的聚磷腈放入马弗炉中，在750℃恒温下煅烧2h，得到杂原子掺杂碳材料。
[0008]2）磺酸化杂原子共掺杂碳材料铀电吸附剂的制备：将步骤1)制得的杂原子共掺杂碳材料分散浓硫酸溶液中，超声15 min后，将溶液放入不锈钢高压反应釜中，在160℃恒温反应8h。反应结束后，产物用无水乙醇和去离子水洗涤直至溶液呈中性。干燥后得到磺酸化杂原子掺杂碳微球材料铀电吸附剂BNPCs
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SO3H。
[0009]作为优选，步骤1)所述所述乙腈体积用量为200 mL。
[0010]作为优选，步骤1)所述六氯环三磷腈质量与苯二硼酸质量之比为0.1859 g：0.2943g。
[0011]作为优选，步骤2)杂原子掺杂碳材料质量与浓硫酸体积用量比为10 mg：8 ml。
[0012]本专利技术还提供了上述方法制备得到的磺酸化杂原子共掺杂碳材料铀电吸附剂BNPCs
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SO3H在吸附铀酰离子中的应用。
[0013]将所述磺酸化杂原子共掺杂碳材料铀电吸附剂BNPCs
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SO3H加入含有铀酰离子的待处理溶液中，使用三电极体系在一定电压下室温反应相应时间。
[0014]进一步地，所述磺酸化杂原子共掺杂碳材料铀电吸附剂BNPCs
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SO3H与所述含有铀酰离子的待处理溶液混合前还需采用pH调节剂将其pH调节为2.0
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8.0；优选地，pH值为5.5。
[0015]进一步地，所述磺酸化杂原子共掺杂碳材料铀电吸附剂BNPCs
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SO3H与所述含有铀酰离子的待处理溶液的吸附时间为3
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60 min；优选地，吸附时间为22 min。
[0016]进一步地，所述含有铀酰离子的待处理溶液浓度范围为40
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200 mg/L；优选地，溶液浓度为140 mg/L；进一步地，所述磺酸化杂原子共掺杂碳材料铀电吸附剂BNPCs
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SO3H与所述含有铀酰离子的待处理溶液的外加电位为0.0
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0.9 v；优选地，外加电位为0.9v。
[0017]进一步地，所述磺酸化杂原子共掺杂碳材料铀电吸附剂BNPCs
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SO3H与所述含有铀酰离子的待处理溶液电吸附过程结束后使用滤纸进行过滤并通过紫外分光光度计对测量剩余铀酰离子含量。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术通过水热法合成磺酸化杂原子共掺杂碳材料铀电吸附剂BNPCs
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SO3H，具有制备方法简单、成本低、稳定性强的优点。
[0019]（2）本专利技术制备的磺酸化杂原子共掺杂碳材料铀电吸附剂BNPCs
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SO3H，杂原子的数量和杂原子间的共掺杂带来的协同效应可以进一步提升材料的电化学反应活性，磺酸基
团的引入改善了共掺杂碳材料的表面结构，为铀酰离子的吸附提供了更多的位点，进而提高了吸附性能。
[0020]（3）本专利技术制备的磺酸化杂原子共掺杂碳材料铀电吸附剂BNPCs
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SO3H稳定性好，具有高的电吸附容量和快速的吸附动力学以及高选择性，有良好应用前景。
附图说明
[0021]图1为本专利技术BNPCs
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SO3H的合成示意图;图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磺酸官能化的N，P和B共掺杂碳材料铀电吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a. 杂原子共掺杂碳材料的制备：首先将六氯环三磷腈与苯二硼酸加入乙腈中溶解搅拌并命名为溶液A，其次将溶液A转移到超声波浴，在 80℃的恒温下保持3h；将反应液真空抽滤，用乙腈和无水乙醇洗涤，干燥12h后得白色粉末聚磷腈，将研磨均匀的聚磷腈放入马弗炉中，在750℃恒温下煅烧2h，得到杂原子掺杂碳材料；b. 磺酸化杂原子共掺杂碳微球材料铀电吸附剂的制备：将步骤a制得的杂原子共掺杂碳材料分散浓硫酸溶液中，超声15 min后，将溶液放入不锈钢高压反应釜中，在160℃恒温反应8h。反应结束后，产物用无水乙醇和去离子水洗涤直至溶液呈中性，干燥后得到磺酸化杂原子掺杂碳材料铀电吸附剂BNPCs
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SO3H。2. 根据权利要求书1所述一种磺酸官能化的N，P和B共掺杂碳材料铀电吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述乙腈体积用量为200 mL。3. 根据权利要求书1所述一种磺酸官能化的N，P和B共掺杂碳材料铀电吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述六氯环三磷腈质量与苯二硼酸质量之比为0.1859 g：0.2943g。4. 根据权利要求书1所述一种磺酸官能化的N，P和B共掺杂碳材料铀电吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述杂原子掺杂碳材料质量与浓硫酸体积用量比为10 mg：8 ml。5.根据权利要求1
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4任...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘妍，张瑞铭，肖赛金，余峰涛，袁定重，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：