【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机物、常规金属及放射性废水处理和环境保护领域，更具体地说，本专利技术涉及一种含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法及其在海水提铀中的应用。
技术介绍
1、铀是所有放射性核素中最重要的核反应堆燃料之一，因此铀的开发有利于整个能源工业的发展。在世界海洋中，铀的平均浓度为3.3μg·l-1，总量约为45亿吨，是传统陆地铀矿资源的1000倍，为常规陆地开采核燃料提供了另一种铀来源。因此，如何高效开发海水中的铀资源具有重要意义。几十年来，已开发出多种用于海水提铀的方法，包括吸附法、溶剂萃取分离法、化学沉淀法、生物处理法、离子交换法和超导磁分离法等。由于吸附法的吸附剂设计方便，是一种简便、经济的海水铀提取方法。各种铀吸附材料，包括活性炭吸附电极，石墨烯复合材料和多孔网络膜等材料被广泛研究。但基于海水成分复杂，处理量大，竞争离子种类多且浓度高(包括钒(v)、铁(fe)、铜(cu)、镁(mg)和钙(ca)等)，而还存在着海水中铀浓度低，吸附材料结合位点的数量有限等条件限制；目前，已有的铀吸附材料在选择性、吸附容量等性能离工程化进程还有一段距离，尤其在低铀浓度的海水中(铀酰离子浓度约为3ppb)难以实现铀酰离子的高效选择和捕捉。因此，如何设计出在海水提铀的过程中更加高效铀吸附剂仍然是一个挑战。
2、为了解决此类问题，利用化学改性改变纤维表面的结构基团制备得到含氮/磷多官能团轴向改性纤维，该纤维除了具有通常螯合纤维的高比表面积、高交换吸附速率等特点外，还具有容易再生、相容良好等优势；且打破常规的直接接枝方式，采用轴向接枝
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
2、为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种含氮/磷多官能团轴向改性纤维，其结构式为：
3、
4、其中，pa包括但不限于磷酸基团、植酸基团或磷酸二氢钾基团。
5、一种含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法，包括以下步骤：
6、步骤1、以聚乙烯醇纤维为原材料，有机溶剂和去离子水的混合溶液作为反应溶剂，硝酸铈铵作为引发剂，将甲基丙烯酸羟乙酯作为支链接入聚乙烯醇纤维骨架中；加温水浴回旋搅拌下反应一段时间，洗涤干燥后得到pvahema纤维；
7、步骤2、用去离子水做溶剂，硝酸铈铵作为引发剂，将溶剂、引发剂和步骤1中得到的pvahema纤维加入丙烯腈溶液发生共接枝聚合反应；加温水浴回旋搅拌下反应一段时间，冷却到室温，产物采用n,n-二甲基甲酰胺洗涤，冷冻干燥后得到聚丙烯腈共接枝聚乙烯醇纤维；
8、步骤3、将步骤2中得到的聚丙烯腈共接枝聚乙烯醇纤维与盐酸羟胺反应，去离子水和有机溶剂的混合溶液作为反应溶剂，采用naoh溶液调节混合溶液ph＝7.0，加温水浴回旋搅拌下反应一段时间，洗涤干燥后得到偕胺肟轴向改性聚乙烯醇纤维；
9、步骤4、将步骤3中得到的偕胺肟轴向改性聚乙烯醇纤维与胺化试剂发生胺化反应，去离子水和有机溶剂的混合溶液作为反应溶剂，加温水浴回旋搅拌下反应一段时间，洗涤后加入植酸溶液，再次加温水浴回旋搅拌下反应一段时间，洗涤干燥后得到偕胺肟-植酸轴向改性聚乙烯醇纤维，即含氮/磷多官能团轴向改性纤维。
10、优选的是，其中，所述步骤1中，聚乙烯醇纤维、硝酸铈铵、反应溶剂、甲基丙烯酸羟乙酯的质量体积比为1～10g:0.01～0.50g:60～250ml:10～40ml，甲基丙烯酸羟乙酯浓度为1～2mol/l，反应溶剂中的有机溶剂和去离子水的体积比为3:1；
11、所述步骤1的反应条件为：接枝反应温度为50～80℃，反应时间为2～5h。
12、优选的是，其中，所述步骤2中，pvahema纤维、硝酸铈铵溶液、丙烯腈溶液的质量体积比为1～10g:1～10ml:10～20ml；其中，硝酸铈铵溶液为0.1mol/l硝酸铈铵溶解与1mol/l硝酸得到；所述丙烯腈溶液为将丙烯腈加入到去离子水中加温溶解，浓度为5～15vol％。
13、优选的是，其中，所述步骤2的反应条件为：共接枝聚合反应温度为50～80℃，反应时间为2～5h。
14、优选的是，其中，所述步骤3中，聚丙烯腈共接枝聚乙烯醇纤维、盐酸羟胺、反应溶剂的质量体积比为0.5～1.5g:1～5g:30～120ml，反应溶剂中的有机溶剂与去离子水的体积比为1:1，naoh溶液的浓度为1.0mol/l。
15、优选的是，其中，所述步骤3中反应的条件为：偕胺肟化反应温度为50～80℃，反应时间为3～7h。
16、优选的是，其中，偕胺肟轴向改性聚乙烯醇纤维、胺化试剂、反应溶剂、植酸溶液的质量体积比为0.5～1.5g:10～30ml:10～60ml:2～8ml；胺化试剂种类包括乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、三乙胺中的任意一种，胺化反应中胺化试剂的浓度为2～6mol/l，在水和有机溶剂混合溶液中反应温度为60～100℃，反应时间为1～3h；之后降低温度至室温，洗涤纤维表面残留的胺化试剂和有机溶剂后加入浓度为2～8ml质量浓度为70％植酸溶液，在水浴中反应温度为50～80℃，反应时间为2～5h。
17、优选的是，其中，所述步骤1、步骤2、步骤3、步骤4中有机溶剂为极性溶剂，包括无水乙醇、乙二醇、二甲基亚砜、n,n二甲基甲酰胺、n,n二甲基乙酰胺、乙腈中的任意一种或多种。
18、一种含氮/磷多官能团轴向改性纤维在海水提铀中的应用，其应用于吸附提取海水中的铀。
19、本专利技术至少包括以下有益效果：
20、1、本专利技术所提供的一种含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法简单易操作，可实现批量合成。
21、2、本专利技术所提供的一种含氮/磷多官能团轴向改性纤维吸附容量大，具有很强的螯合重金属的能力，可以对海水中的铀进行有效吸附，并且吸附速率快，吸附容量大。
22、3、本专利技术所提供的一种含氮/磷多官能团轴向改性纤维可以进行多次的循环利用。
23、本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
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1.一种含氮/磷多官能团轴向改性纤维，其特征在于，其结构式为：
2.一种如权利要求1所述的含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，聚乙烯醇纤维、硝酸铈铵、反应溶剂、甲基丙烯酸羟乙酯的质量体积比为1～10g:0.01～0.50g:60～250mL:10～40mL，甲基丙烯酸羟乙酯浓度为1～2mol/L，反应溶剂中的有机溶剂和去离子水的体积比为3:1；
4.如权利要求2所述的含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，PVAHEMA纤维、硝酸铈铵溶液、丙烯腈溶液的质量体积比为1～10g:1～10mL:10～20mL；其中，硝酸铈铵溶液为0.1mol/L硝酸铈铵溶解与1mol/L硝酸得到；所述丙烯腈溶液为将丙烯腈加入到去离子水中加温溶解，浓度为5～15vol％。
5.如权利要求2所述的含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤2的反应条件为：共接枝聚合反应温度为50～80℃，反应时间为
6.如权利要求2所述的含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，聚丙烯腈共接枝聚乙烯醇纤维、盐酸羟胺、反应溶剂的质量体积比为0.5～1.5g:1～5g:30～120mL，反应溶剂中的有机溶剂与去离子水的体积比为1:1，NaOH溶液的浓度为1.0mol/L。
7.如权利要求2所述的含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤3中反应的条件为：偕胺肟化反应温度为50～80℃，反应时间为3～7h。
8.如权利要求2所述的含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，偕胺肟轴向改性聚乙烯醇纤维、胺化试剂、反应溶剂、植酸溶液的质量体积比为0.5～1.5g:10～30mL:10～60mL:2～8mL；胺化试剂种类包括乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、三乙胺中的任意一种，胺化反应中胺化试剂的浓度为2～6mol/L，在水和有机溶剂混合溶液中反应温度为60～100℃，反应时间为1～3h；之后降低温度至室温，洗涤纤维表面残留的胺化试剂和有机溶剂后加入浓度为2～8mL质量浓度为70％植酸溶液，在水浴中反应温度为50～80℃，反应时间为2～5h。
9.如权利要求2所述的含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1、步骤2、步骤3、步骤4中有机溶剂为极性溶剂，包括无水乙醇、乙二醇、二甲基亚砜、N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、乙腈中的任意一种或多种。
10.一种含氮/磷多官能团轴向改性纤维在海水提铀中的应用，所述含氮/磷多官能团轴向改性纤维由权利要求2-9任一项所述的含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法制备得到，其特征在于，所述含氮/磷多官能团轴向改性纤维应用于吸附提取海水中的铀。
...【技术特征摘要】
1.一种含氮/磷多官能团轴向改性纤维，其特征在于，其结构式为：
2.一种如权利要求1所述的含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，聚乙烯醇纤维、硝酸铈铵、反应溶剂、甲基丙烯酸羟乙酯的质量体积比为1～10g:0.01～0.50g:60～250ml:10～40ml，甲基丙烯酸羟乙酯浓度为1～2mol/l，反应溶剂中的有机溶剂和去离子水的体积比为3:1；
4.如权利要求2所述的含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，pvahema纤维、硝酸铈铵溶液、丙烯腈溶液的质量体积比为1～10g:1～10ml:10～20ml；其中，硝酸铈铵溶液为0.1mol/l硝酸铈铵溶解与1mol/l硝酸得到；所述丙烯腈溶液为将丙烯腈加入到去离子水中加温溶解，浓度为5～15vol％。
5.如权利要求2所述的含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤2的反应条件为：共接枝聚合反应温度为50～80℃，反应时间为2～5h。
6.如权利要求2所述的含氮/磷多官能团轴向改性纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，聚丙烯腈共接枝聚乙烯醇纤维、盐酸羟胺、反应溶剂的质量体积比为0.5～1.5g:1～5g:30～120ml，反应溶剂中的有机溶剂与去离子水的体积比为1:1，naoh溶...
【专利技术属性】
技术研发人员：董发勤，聂小琴，夏雪，石瀚晋，杨国辉，马春彦，刘家乐，章云龙，郭浩阳，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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