一種以大孔聚n-異丙基丙烯酰胺/殼聚糖半互穿網(wǎng)絡溫敏水凝膠吸附鈾的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于對鈾吸附的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種以大孔聚N-異丙基丙烯酰胺/殼聚糖(簡稱大孔PNIPAAm/CS，下同)半互穿網(wǎng)絡溫敏水凝膠來吸附鈾的方法。
【背景技術(shù)】
[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(shù)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(lǐng)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(shù)研究，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(shù)，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(guān)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能力強但脫附較困難、機械強度較差、吸附和脫附過程較難控制等不足，因此，開發(fā)出一種新型吸附劑，使其具有較大的吸附表面積、機械強度好、吸附和脫附過程可控、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，即一種以大孔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、機械強度較好、吸附和脫附過程可控、且對鈾具有高的吸附量。
[0005]本發(fā)明吸附鈾的方法如下:首先利用乳液聚合的方法，以司班-80為乳化劑，N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)為交聯(lián)劑，過硫酸銨(APS)為引發(fā)劑，N，N，N'，N'-四甲基乙二胺(TEMED)為促進劑，制備出大孔PNIPAAm/CS半互穿網(wǎng)絡溫敏型鈾吸附劑。然后將制得的大孔PNIPAAm/CS半互穿網(wǎng)絡凝膠經(jīng)冷凍干燥后加入到錐形瓶中，再加入一定濃度的鈾溶液，用NaOH溶液或HN03溶液調(diào)節(jié)鈾溶液的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，根據(jù)吸附平衡公式即可計算出吸附容量(qe)。
[0006]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，加入N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm)單體和N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)交聯(lián)劑，混合均勻。
[0007]2)在攪拌狀態(tài)下加入聚乙烯醇(PVA)穩(wěn)定劑,乳化劑Span-80,攪拌5_10 min后加入過硫酸銨(APS)引發(fā)劑和N，N，N' ,N'-四甲基乙二胺(TEMED)促進劑。
[0008]3)攪拌10-15 min后靜置24 h后，取出凝膠，用乙醇洗去Span-80和PVA制孔劑，再用蒸餾水浸泡45-48 h，定時換水以除去未反應單體、殘余引發(fā)劑或催化劑，最后將凝膠切成塊，冷凍干燥備用。在聚乙烯醇(PVA)，Span-80，過硫酸銨(APS)、N，N，N'，N'-四甲基乙二胺(TEMED)全部混合攪拌后，靜置時間為20-30h。
[0009]吸附劑的制備方法中，乙酸溶液的質(zhì)量分數(shù)為5%_10%。
[0010]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、N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)的質(zhì)量比為1:20-50:1。
[0011]吸附劑的制備方法中，聚乙烯醇(PVA)穩(wěn)定劑加入量為0.5-0.8mL。
[0012]吸附劑的制備方法中，Span-80乳化劑加入量為0.5-1.0mL。
[0013]吸附劑的制備方法中，過硫酸銨(APS)引發(fā)劑加入量為0.01-0.05g。
[0014]吸附劑的制備方法中，TEMED促進劑加入量為50-100 μ L。
【附圖說明】
[0015]圖1為大孔凝膠的掃描電鏡放大倍數(shù)為5000倍圖，
圖2為大孔凝膠的掃描電鏡放大倍數(shù)為25000倍圖，
圖3為大孔凝膠未吸附過鈾的紅外光譜圖，
圖4吸附時間對大孔PNIPAAm/CS半互穿網(wǎng)絡水凝膠吸附鈾的影響變化曲線，
圖5大孔PNIPAAm/CS半互穿網(wǎng)絡水凝膠對鈾的變溫吸附曲線。
【具體實施方式】
[0016]以下實施例是本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0017]實施例1
I)準確稱取0.5g殼聚糖單體溶于質(zhì)量分數(shù)為5 %的乙酸中，加入15 gNIPAAm單體和
0.5g交聯(lián)劑MBA，混合均勻。
[0018]2)在攪拌狀態(tài)下加入0.6 mL乳化劑穩(wěn)定劑PVA，0.8 mL乳化劑Span_80，攪拌5_10min后加入0.03 g引發(fā)劑APS和60 口1^促進劑1^\^)。
[0019]3)攪拌10-15 min后靜置24 h后，取出凝膠，用乙醇洗去制孔劑Span-80和PVA，再用蒸餾水浸泡48 h，定時換水以除去未反應單體，殘余引發(fā)劑或催化劑，最后將凝膠切成塊，冷凍干燥備用。
[0020]圖1為大孔凝膠的掃描電鏡圖，放大倍數(shù)為5000倍，圖2放大倍數(shù)為25000倍。從圖中可以看到，凝膠內(nèi)部有明顯的孔洞結(jié)構(gòu)，孔洞的直徑約在3 μπι左右。結(jié)果表明，制備的相互連通的孔結(jié)