一種以鈾模板離子印跡的聚n-異丙基丙烯酰胺/殼聚糖互穿網(wǎng)絡水凝膠吸附鈾的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于對鈾吸附的技術領域，涉及一種以鈾模板離子印跡的聚N-異丙基丙烯酰胺/殼聚糖(簡稱鈾模板離子印跡PNIPAAm/CS，下同)互穿網(wǎng)絡水凝膠吸附鈾的方法。
【背景技術】
[0002]鈾(uranium，簡稱U)，是一種十分重要的能源物資，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術中都具有重要意義。鈾作為一種核燃料，在核反應堆中可釋放巨大的能量。輕水反應堆中，I噸的天然鈾相當于15?17千噸煤，用于發(fā)電可達45?50兆度；快中子增殖堆中，I噸天然鈾相當于100萬噸煤左右，可發(fā)電約30億度。同時核燃料還廣泛用于交通運輸工具中推進動力方面。核燃料產(chǎn)生的核動力堆可用于潛艇、遠洋貨輪，核燃料負荷量和續(xù)航能力，是一般燃料無法比擬的。鈾也可以作為核炸藥，能用作核武器的裝料。鈾核裂變時可以產(chǎn)生300多種核素，這些核素及其產(chǎn)生射線在各方面的應用為核能的和平利用開辟了另一個廣闊的領域。同時，鈾也可作為熱核武器氫彈的引爆劑，鈾核裂變時產(chǎn)生的200多種放射性同位素，經(jīng)分離后廣泛用于國民經(jīng)濟各個部門，如農(nóng)業(yè)上用于輻照育種，食品工業(yè)用于食品保鮮滅菌，醫(yī)藥上用于放射治療，工業(yè)上用于無損探傷、地質(zhì)勘探、文物考古等。鈾資源的充分利用是國家經(jīng)濟健康、平穩(wěn)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。因而，在開展采鈾方面的新技術研宄，提高礦產(chǎn)資源利用率的同時，必須注重從鈾采冶產(chǎn)生的放射性廢水中提取鈾，以提高鈾的綜合利用率。同時，鈾礦開采過程中產(chǎn)生的廢水污染不僅會影響周邊地區(qū)的水質(zhì)，而且對礦區(qū)周圍植物、農(nóng)田和土壤產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的污染，影響生物的生存和公眾的健康。
[0003]目前常用的分離、富集鈾的方法有化學沉淀、離子交換、溶劑萃取、過濾和反向滲透等，但這些方法存在著產(chǎn)生新化學污染、能耗高、操作煩瑣和成本高昂等缺點，限制了它們的應用。與這些方法相比，吸附法具有吸附材料來源廣泛、成本低廉、選擇性高、速率快和容量大等優(yōu)點。吸附法是一種對溶解態(tài)污染物的物理化學分離技術，主要是讓廢水與具有吸附性能的固體吸附劑接觸，從而使廢水中的有毒有害的物質(zhì)附著在吸附劑表面上，進而將廢水中有毒有害物質(zhì)除去。吸附法的關鍵是吸附劑的吸附性能，常見用于吸附去除水溶液中鈾的吸附劑主要有有機聚合物、粘土類、生物質(zhì)類及巖石等。但一般都存在著吸附選擇性差、吸附表面積較小等不足，因此，開發(fā)出一種新型吸附劑，使其具有較好的吸附選擇性、較大的吸附表面積、對鈾吸附量高，不僅具有重要的理論意義，而且具有實際應用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種吸附鈾的方法，即一種以鈾模板離子印跡PNIPAAm/CS半互穿網(wǎng)絡溫敏水凝膠吸附鈾的方法，所述方法制備出的吸附劑具有較大的吸附表面積、吸附選擇性高、對鈾具有高的吸附量等特點。
[0005]本發(fā)明吸附鈾的方法如下:首先以殼聚糖為單體溶解在乙酸中，在室溫下攪拌并加入一定體積的高濃度鈾溶液，使殼聚糖對鈾離子進行吸附，然后向其中加入N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm)單體，同時加入N，N,-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)交聯(lián)劑、過硫酸銨(APS)引發(fā)劑和,N,-四甲基乙二胺(TEMED)促進劑，制備出了 U(VI)印跡PNIPAAm/CS互穿網(wǎng)絡水凝膠。
[0006]將上述制得的以鈾模板離子印跡的聚N-異丙基丙烯酰胺/殼聚糖互穿網(wǎng)絡水凝膠經(jīng)冷凍干燥后加入到錐形瓶中，加入一定濃度的鈾溶液，用HCl或NaOH進行調(diào)節(jié)pH值，在振蕩器上以200 r/min振蕩至吸附平衡，取出待測樣液，在待測樣中加入pH=2.5的氯乙酸-乙酸鈉緩沖液和偶氮胂III并定容，利用分光光度法測定溶液中鈾的質(zhì)量濃度，根據(jù)吸附平衡公式即可計算出吸附容量(％)。
[0007]本發(fā)明的吸附劑制備步驟如下:
I)稱取0.5-1.0g殼聚糖單體溶于乙酸中，室溫下攪拌并加入l-5mL濃度為0.5-2.5 g/mL的鈾溶液，使殼聚糖對鈾離子進行吸附。
[0008]2)在上述溶液中加入N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm)單體，同時加入％ -亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)交聯(lián)劑、過硫酸銨(APS)引發(fā)劑和％ % ,N/ -四甲基乙二胺(TEMED)促進劑。
[0009]3)攪拌10-50min后靜置20_30h，取出凝膠，用蒸餾水和0.5-2.5mol/L的HCl反復沖洗，以除去鈾離子未反應的單體和殘余引發(fā)劑或催化劑，再用蒸餾水浸泡20-30h，最后將凝膠切成塊，冷凍干燥備用。
[0010]吸附劑的制備方法中，乙酸溶液的質(zhì)量分數(shù)為5%-10%。
[0011]吸附劑的制備方法中，殼聚糖單體、N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm)單體、％ -亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)的質(zhì)量比為1:20-50:1。
[0012]吸附劑的制備方法中，過硫酸銨(APS)引發(fā)劑加入量為0.01-0.05go
[0013]吸附劑的制備方法中，TEMED促進劑加入量為50-100 μ L。
[0014]采用日本HITACHI S-3500N型掃描電子顯微鏡對離子印跡PNIPAAm/CS水凝膠的表面形貌進行觀察。圖1、2為離子印跡PNIPAAm/CS水凝膠表面的掃描電鏡圖，圖1放大倍數(shù)為500倍，圖2放大倍數(shù)為5000倍。從圖中可看出，離子印跡凝膠呈現(xiàn)出表面凹凸不平的狀態(tài)，這樣的形態(tài)特點增大了離子印跡凝膠的比表面積，使得凝膠與鈾溶液的接觸面積增加，利于溶液中的鈾離子吸附到凝膠表面。
[0015]取一份離子印跡PNIPAAm/CS水凝膠吸附劑，分成兩份，一份作為對照樣品，一份進行鈾的吸附實驗，然后均將兩份樣品粉末經(jīng)KBr壓片后采用美國Nicolet Nexus 470傅立葉紅外光譜儀進行測試。圖3為離子印跡PNIPAAm/CS水凝膠吸附鈾前和吸附后的紅外光譜圖。其中NIPAAm的特征峰:在1657.8 cnT1處為羰基峰，1550 cnT1處為氨基上氫的特征峰，1367 cnT1處為異丙基的振動峰，1621 cnT1處為烯烴的雙鍵特征峰。圖中3600-3200cm—1處有一個很寬的吸收帶，為-NH的吸收峰，3075 cm處為次強酰胺帶的倍頻收縮振動峰，2974、2933、2876 cm—1處為甲基及次甲基的C-H振動峰。1642 cm—1為酰胺基的羰基收縮振動峰。1537 cnT1為C-N的收縮振動峰，1453 cm -1為-CH 3的不對稱彎曲振動峰，1386、1368 cnT1處為-CH (CH3)2上雙甲基的對稱振動耦合分裂而形成的峰。從圖中看出，離子印跡凝膠凝膠的官能團主要是由具有親水性的酰胺基(-C0NH)和具有疏水特性的異丙基(-CH(CH3)2)構(gòu)成。
[0016]從圖中可以看出，殼聚糖在3447 cm—1處的0H—吸收峰和1654 cm—1處的_順2吸收峰，這是殼聚糖的2個特征峰，殼聚糖的特征峰為3444 cnT1處，出現(xiàn)O-H和N-H的伸縮振動吸收峰重疊而成的一個寬峰，在2919 cnT1和2876 cnT1出現(xiàn)的為-C