本發(fā)明屬于吸附材料領(lǐng)域，尤其涉及一種鈾酰吸附材料的合成方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鈾是重要核電原料，為此，開發(fā)鈾資源是我國發(fā)展核電的重要需求。我國陸地鈾資源極為匱乏，而海水中鈾資源總量約為45億噸，相當(dāng)于陸地礦石中鈾含量的1000倍。因此，海水提鈾已成為一種很有前景的核燃料供應(yīng)來源，是未來核工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
鈾在海洋中一般以鈾酰離子的形成存在。從上世紀(jì)60年代開始，日本、美國、法國等國家一直在從事海水提鈾項目的研究，開發(fā)出了多種從海水中吸附鈾酰離子的吸附材料。但這些吸附材料普遍存在著制造成本高、吸附容量低、吸附選擇性差和使用穩(wěn)定性差等問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種鈾酰吸附材料的合成方法及其應(yīng)用，本發(fā)明提供的合成方法成本低，合成的鈾酰吸附材料吸附容量大，對鈾酰吸附選擇性好，且具有良好的使用穩(wěn)定性。
本發(fā)明提供了一種鈾酰吸附材料的合成方法，包括以下步驟：
a)、纖維、聚合物、雙鍵單體和水混合，進行電子束輻照，得到凝膠體；
所述聚合物包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯和聚丙烯腈中的一種或多種；
所述雙鍵單體包括丙烯腈、二乙烯基苯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酰胺、丁二烯、戊二烯和三烯丙基異三聚氰酸酯中的一種或多種；
b)、將所述凝膠體與丙烯腈混合，進行電子束輻照，得到接枝交聯(lián)體；
c)、將所述接枝交聯(lián)體與羥胺混合，進行反應(yīng)，得到鈾酰吸附材料。
優(yōu)選的，步驟a)中，所述纖維包括秸稈纖維、棉纖維、竹纖維、蔗渣纖維和木漿纖維中的一種或多種。
優(yōu)選的，步驟a)中，所述纖維、聚合物、雙鍵單體和水的質(zhì)量比為(10～20)：(100～150)：(3～30)：(400～600)。
優(yōu)選的，步驟a)中，所述電子束輻照的劑量為100～200kgy。
優(yōu)選的，步驟b)中，所述凝膠體、丙烯腈和羥胺的質(zhì)量比為(7～15)：(1～2)。
優(yōu)選的，步驟b)中，所述電子束輻照的劑量為40～80kgy。
優(yōu)選的，步驟b)中的凝膠體與步驟c)中的羥胺的質(zhì)量比為(7～15)：(3～6)。
優(yōu)選的，步驟c)中，所述反應(yīng)的溫度為60～90℃。
優(yōu)選的，步驟c)中，所述反應(yīng)的時間為5～8h。
本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述方法合成的吸附材料在海水提鈾中的應(yīng)用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種鈾酰吸附材料的合成方法及其應(yīng)用。本發(fā)明提供的合成方法包括以下步驟：a)、纖維、聚合物、雙鍵單體和水混合，進行電子束輻照，得到凝膠體；所述聚合物包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯和聚丙烯腈中的一種或多種；所述雙鍵單體包括丙烯腈、二乙烯基苯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酰胺、丁二烯、戊二烯和三烯丙基異三聚氰酸酯中的一種或多種；b)、將所述凝膠體與丙烯腈混合，進行電子束輻照，得到接枝交聯(lián)體；c)、將所述接枝交聯(lián)體與羥胺混合，進行反應(yīng)，得到鈾酰吸附材料。本發(fā)明以低成本的植物纖維作為吸附材料的骨架原料，先將其與聚合物和雙鍵單體混合進行電子束輻照，通過電子束輻照日提高了纖維中羥基的活性，使其可與雙鍵單體及高分子聚合物形成充滿大量孔洞的海綿狀凝膠體；之后將凝膠體與丙烯腈混合反應(yīng)，得到接枝了丙烯腈基團的交聯(lián)體，以改善凝膠體性能；最后再將交聯(lián)體與羥胺混合反應(yīng)，使交聯(lián)體具有偕胺肟基團。本發(fā)明提供的吸附材料具有非常大的比表面積，可提供極高的物理吸附孔洞和大量的化學(xué)離子交換空間；同時，該吸附材料中的偕胺肟基團可對鈾酰離子進行選擇性吸附，從而使吸附材料對鈾酰離子具有較高的吸附速率和良好的吸附選擇性。本發(fā)明提供的吸附材料能夠起到物理吸附和化學(xué)離子交換的雙重作用，從而能夠高效地使鈾酰離子固定于材料體內(nèi)外表面。而且，本發(fā)明提供的吸附材料還具有很高的強度，利于鈾酰離子洗脫及多次反復(fù)使用，表現(xiàn)出良好的使用穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明：本發(fā)明實施例提供的粒徑30～80目吸附材料的視密度在0.4～0.6g/cm3，說明吸附材料顆粒內(nèi)部充滿了孔洞，比表面積很大；配制含鈾離子0.9mg/l溶液，使用實施例提供的吸附材料在靜態(tài)情況下吸附2周，經(jīng)洗脫后測定吸附量達到4.1mg/g以上；配制含鈾離子10mg/l溶液，使用實施例提供的吸附材料在靜態(tài)情況下吸附一天，經(jīng)洗脫后測定吸附量達到23mg/g以上，上述吸附材料第三次洗脫后的吸附量達到85％以上，吸附材料的重復(fù)利用率較高。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發(fā)明實施例1提供的鈾酰吸附材料的數(shù)碼照片。
具體實施方式
下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
本發(fā)明提供了一種鈾酰吸附材料，按照以下方法制備得到：
a)、纖維、聚合物、雙鍵單體和水混合，進行電子束輻照，得到凝膠體；
所述聚合物包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯和聚丙烯腈中的一種或多種；
所述雙鍵單體包括丙烯腈、二乙烯基苯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酰胺、丁二烯、戊二烯和三烯丙基異三聚氰酸酯中的一種或多種；
b)、將所述凝膠體與丙烯腈混合，進行電子束輻照，得到接枝交聯(lián)體；
c)、將所述接枝交聯(lián)體與羥胺混合，進行反應(yīng)，得到鈾酰吸附材料。
在本發(fā)明中，首先將纖維、聚合物、雙鍵單體和水混合。其中，所述纖維包括但不限于秸稈纖維、棉纖維、竹纖維、蔗渣纖維和木漿纖維中的一種或多種；所述纖維的細度優(yōu)選≥30目，更優(yōu)選≥40目；所述纖維的的灰分優(yōu)選≤2wt％；所述聚合物包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯和聚丙烯腈中的一種或多種；所述聚乙烯醇優(yōu)選包括聚乙烯醇1799、聚乙烯醇2099、聚乙烯醇1788和聚乙烯醇1792中的一種或多種；所述聚乙烯吡咯烷酮優(yōu)選包括聚乙烯吡咯烷酮k90；所述聚苯乙烯的數(shù)均分子量優(yōu)選為10000～50000；所述聚丙烯腈的數(shù)均分子量優(yōu)選≥10000。在本發(fā)明提供的一個實施例中，所述聚苯乙烯為聚苯乙烯乳液，所述聚苯乙烯乳液的固含量優(yōu)選為20～40wt％，具體可為30wt％。在本發(fā)明提供的一個實施例中，所述聚合物包括聚乙烯醇和聚苯乙烯乳液，所述聚乙烯醇和聚苯乙烯乳液的質(zhì)量比優(yōu)選為(80～120)：(8～12)，更優(yōu)選為100:10。在本發(fā)明中，所述雙鍵單體包括丙烯腈、二乙烯基苯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酰胺、丁二烯、戊二烯和三烯丙基異三聚氰酸酯中的一種或多種。在本發(fā)明提供的一個實施例中，所述雙鍵單體包括苯乙烯和丙烯腈，所述苯乙烯和丙烯腈的質(zhì)量比優(yōu)選為(10～30)：(0.5～1.5)，更優(yōu)選為20:0.9；在本發(fā)明提供的另一個實施例中，所述雙鍵單體包括丙烯腈、二乙烯基苯和苯乙烯，所述丙烯腈、二乙烯基苯和苯乙烯的質(zhì)量比優(yōu)選為(1～1.5)：(0.1～0.3)：(2～6)，更優(yōu)選為1.2:0.2:4。在本發(fā)明中，所述纖維、聚合物、雙鍵單體和水的質(zhì)量比優(yōu)選為(10～20)：(100～150)：(3～30)：(400～600)，更優(yōu)選為(11～18)：(110～140)：(5～21)：(500～600)，最優(yōu)選為(11～17)：(110～130)：(5.4～20.9)：(500～600)，具體可為17:130:20.9:500、13:110:5.4:50或11:130:20.9:60。在本發(fā)明中，混合體系中優(yōu)選還包括脂肪醇聚氧乙烯醚；所述脂肪醇聚氧乙烯醚的牌號優(yōu)選包括aeo-3和/或aeo-9；所述脂肪醇聚氧乙烯醚與水的質(zhì)量比優(yōu)選為(0.1～1)：(400～600)，更優(yōu)選為0.5：(500～600)。在本發(fā)明中，混合體系中優(yōu)選還包括異丙醇；所述異丙醇與水的質(zhì)量比優(yōu)選為(5～15)：(400～600)，更優(yōu)選為(10～12)：(500～600)。上述物料混合均勻后，進行電子束輻照。其中，所述電子束輻照的劑量優(yōu)選為100～200kgy，具體可為100kgy、110kgy、120kgy、130kgy、140kgy、150kgy、160kgy、170kgy、180kgy、190kgy或200kgy。輻照完畢后，形成凝膠體。
得到凝膠體后，將所述凝膠體與丙烯腈混合。其中，所述凝膠體與丙烯腈的質(zhì)量比優(yōu)選為(7～15)：(1～2)，更優(yōu)選為10：(1.2～1.8)，具體可為10:1.2、10:1.5或10:1.8。在本發(fā)明中，為使凝膠體與丙烯腈能夠充分混合均勻，優(yōu)選將先所述凝膠體剪切成膠粒，再將膠粒與丙烯腈混合。凝膠體與丙烯腈混合均勻后，進行電子束輻照。其中，所述電子束輻照的劑量優(yōu)選為40～80kgy，具有可為40kgy、45kgy、50kgy、55kgy、60kgy、65kgy、70kgy、75kgy或80kgy。輻照完畢后，形成接枝交聯(lián)體。在本發(fā)明中，通過將丙烯腈接枝到纖維凝膠體上，增加了纖維凝膠體丙烯腈的接枝量和接枝效率，從而使吸附材料能夠兼顧良好的吸附性和較強的選擇性。。
得到接枝交聯(lián)體后，將所述接枝交聯(lián)體與羥胺混合。其中，所述羥胺優(yōu)選為鹽酸羥胺；所述羥胺與制備所述接枝交聯(lián)體的原料，即凝膠體的質(zhì)量比優(yōu)選為(3～6)：(7～15)，更優(yōu)選為(4～4.8):10，具體可為4:10、4.5:10或4.8:10。接枝交聯(lián)體與羥胺混合后，進行反應(yīng)。其中，所述反應(yīng)的溫度優(yōu)選為60～90℃，具體可為60、70、80或90℃；所述反應(yīng)的時間優(yōu)選為5～8h，具體可為5、6、7或8h。反應(yīng)結(jié)束后，得到鈾酰吸附材料。
本發(fā)明以低成本的植物纖維作為吸附材料的骨架原料，先將其與聚合物和雙鍵單體混合進行電子束輻照，通過電子束輻照日提高了纖維中羥基的活性，使其可與雙鍵單體及高分子聚合物形成充滿大量孔洞的海綿狀凝膠體；之后將凝膠體與丙烯腈混合反應(yīng)，得到接枝了丙烯腈基團的交聯(lián)體，以改善凝膠體性能；最后再將交聯(lián)體與羥胺混合反應(yīng)，使交聯(lián)體具有偕胺肟基團。本發(fā)明提供的吸附材料具有非常大的比表面積，可提供極高的物理吸附孔洞和大量的化學(xué)離子交換空間；同時，該吸附材料中的偕胺肟基團可對鈾酰離子進行選擇性吸附，從而使吸附材料對鈾酰離子具有較高的吸附速率和良好的吸附選擇性。本發(fā)明提供的吸附材料能夠起到物理吸附和化學(xué)離子交換的雙重作用，從而能夠高效地使鈾酰離子固定于材料體內(nèi)外表面。而且，本發(fā)明提供的吸附材料還具有很高的強度，利于鈾酰離子洗脫及多次反復(fù)使用，表現(xiàn)出良好的使用穩(wěn)定性。
此外，本發(fā)明提供的合成方法工藝簡單，生產(chǎn)快速、造價低，輻照反應(yīng)時間短，吸收劑量準(zhǔn)確、可控，非常適用于規(guī)模化生產(chǎn)。
實驗結(jié)果表明：本發(fā)明實施例提供的粒徑30～80目吸附材料的視密度在0.4～0.6g/cm3，說明吸附材料顆粒內(nèi)部充滿了孔洞，比表面積很大；配制含鈾離子0.9mg/l溶液，使用實施例提供的吸附材料在靜態(tài)情況下吸附2周，經(jīng)洗脫后測定吸附量達到4.1mg/g以上；配制含鈾離子10mg/l溶液，使用實施例提供的吸附材料在靜態(tài)情況下吸附一天，經(jīng)洗脫后測定吸附量達到23mg/g以上，上述吸附材料第三次洗脫后的吸附量達到85％以上，吸附材料的重復(fù)利用率較高。
本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案所述方法合成的吸附材料在海水提鈾中的應(yīng)用。在本發(fā)明提供的應(yīng)用中，使用所述吸附材料吸附海水中的鈾酰，從而實現(xiàn)在海水提鈾。
為更清楚起見，下面通過以下實施例進行詳細說明。
實施例1
(1)將17重量份秸稈纖維(細度≥30目、灰分≤2wt％)投入混合罐中，加入清水500重量份，聚乙烯醇(牌號1799)130重量份、苯乙烯20重量份、丙烯腈0.9重量份、脂肪醇聚氧乙烯醚(牌號aeo-3)0.5重量份、異丙醇10重量份，攪拌均勻；
(2)將(1)所配制的料液送到電子束下輻照，使得料液吸收劑量達到110kgy，即得凝膠板材；
(3)將(2)所得凝膠板材經(jīng)切割機剪切成膠粒；
(4)將(3)所得顆粒10重量份加入1.5重量份的丙烯腈，混合均勻，在電子束下輻照劑量達到50kgy，得到接枝交聯(lián)體；
(5)將(4)的接枝交聯(lián)體中加入鹽酸羥胺4重量份，控制溫度在80℃下反應(yīng)6小時，即得到鈾酰吸附材料。
在本實施例中，通過控制步驟(3)的膠粒尺寸，使最終制得的鈾酰吸附材料的粒徑控制在30～80目。
對上述制得的鈾酰吸附材料拍攝數(shù)碼照片，結(jié)果如圖1所示，圖1是本發(fā)明實施例1提供的鈾酰吸附材料的數(shù)碼照片。
實施例2
(1)將13重量份木漿纖維(細度≥40目、灰分≤2wt％)投入混合罐中，加入清水500重量份，聚乙烯醇(牌號1788)100重量份、聚苯乙烯乳液(固含量30wt％，數(shù)均分子量約1萬)10重量份、丙烯腈1.2重量份、脂肪醇聚氧乙烯醚(牌號aeo-9)0.5重量份、異丙醇10重量份、二乙烯基苯0.2重量份、苯乙烯4重量份，攪拌均勻；
(2)將(1)所配制的料液送到電子束下輻照，使得料液吸收劑量達到140kgy，即得凝膠板材；
(3)將(2)所得凝膠板材經(jīng)切割機剪切成膠粒；
(4)將(3)所得顆粒10重量份加入1.2重量份的丙烯腈，混合均勻，在電子束下輻照劑量達到65kgy，得到接枝交聯(lián)體；
(5)將(4)的接枝交聯(lián)體中加入鹽酸羥胺4.5重量份，控制溫度在70℃下反應(yīng)7小時，即得到鈾酰吸附材料。
在本實施例中，通過控制步驟(3)的膠粒尺寸，使最終制得的鈾酰吸附材料的粒徑控制在30～80目。
實施例3
(1)將11重量份秸稈纖維(細度≥30目、灰分≤2wt％)投入混合罐中，加入清水600重量份，聚乙烯醇(牌號1799)130重量份、苯乙烯20重量份、丙烯腈0.9重量份、脂肪醇聚氧乙烯醚(牌號aeo-3)0.5重量份、異丙醇12重量份，攪拌均勻；
(2)將(1)所配制的料液送到電子束下輻照，使得料液吸收劑量達到100kgy，即得凝膠板材；
(3)將(2)所得凝膠板材經(jīng)切割機剪切成膠粒；
(4)將(3)所得顆粒10重量份加入1.8重量份的丙烯腈，混合均勻，在電子束下輻照劑量達到60kgy，得到接枝交聯(lián)體；
(5)將(4)的接枝交聯(lián)體中加入鹽酸羥胺4.8重量份，控制溫度在80℃下反應(yīng)6小時，即得到鈾酰吸附材料。
在本實施例中，通過控制步驟(3)的膠粒尺寸，使最終制得的鈾酰吸附材料的粒徑控制在30～80目。
實施例4
性能測試
1)、依次對實施例1～3制備的吸附材料進行視密度測試，結(jié)果依次為：0.4g/cm3、0.5g/cm3、0.6g/cm3。
2)、配制含鈾離子0.9mg/l溶液，依次使用實施例1～3提供的吸附材料在室溫靜態(tài)情況下吸附2周，經(jīng)洗脫后測定吸附量分別達到4.1mg/g、4.3mg/g、4.7mg/g。
3)、配制含鈾離子10mg/l溶液，依次使用實施例1～3提供的吸附材料在室溫靜態(tài)情況下吸附一天，經(jīng)洗脫后測定吸附量分別達到23mg/g、25mg/g、29mg/g；上述吸附材料第三次洗脫后的吸附量分別為原吸附量的85.0％、85.2％、85.3％。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。