基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料及方法

本发明涉及新型材料制备领域，尤其涉及一种基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料及方法。

背景技术：

1、核能被视为清洁高效的重要能源来源，在全球促进传统化石能源向可持续能源的过渡过程中发挥着关键作用。海洋中估计含有45亿吨铀，远远超过已知的陆地铀矿储量，因此具备作为几乎不会枯竭的铀资源供应的潜力，因此迫切需要开发海水铀资源获取策略。此外，核能工业的多个过程，包括铀矿开采、核燃料制造和核设施的运行，导致了大量含铀废水的产生，这是一种新的潜在铀来源。此外，由于铀的化学毒性和放射性，含铀废水的泄漏对环境和健康造成了严重危害。高效安全地管理含铀废水以防止二次环境污染并回收宝贵的铀资源对核能行业也变得非常重要。

2、然而，从海水和含铀废水中回收分散铀资源面临着巨大挑战，因为它们的铀浓度低、存在大量共存的干扰离子以及恶劣的环境条件。与液-液萃取、离子交换、共沉淀、蒸发和膜过滤等方法相比，固相吸附被认为是最适合实际应用的技术。人们广泛关注固相吸附方法中吸附剂性能的改进。固相吸附方法的更快铀吸附动力学可以缩短提取周期，从而降低铀回收成本。吸附剂提取铀的过程包括表面吸附和内部扩散。吸附剂表面的功能位点结合铀酰离子是一个快速过程，而铀酰离子在吸附剂内部的固相扩散速度是缓慢的，这限制了铀吸附速率的提升。

3、目前，通过优化吸附剂结构以缩短吸附剂内铀酰离子的扩散路径已被证明可显著提高其铀吸附速率。已有许多研究者在开发具有极短铀扩散路径的超细纤维和超薄膜形态的吸附剂以提高铀提取速率研究领域开展了多项工作，并取得了显著进展。例如，通过气相纺丝、静电纺丝、流延成型等方法制备出了超细酰胺肟基纳米纤维和超薄酰胺肟基薄膜等具有快速铀吸附速度的吸附剂材料。然而，由于它们脆弱的结构，导致它们无法抵抗诸如吸附剂运行期间的力量和部署后水的冲击等严酷力量，难以满足实际应用的需求。本课题组也研究出了一些新成果，比如中国专利cn202110968626.1公开了一种海水提铀用有序片层聚偕胺肟基氧化石墨烯复合材料及其制备方法，虽然可通过冰模板法需要复杂而精确的操作过程来构建吸附剂内的水传输通道，但这导致吸附剂的制造成本增加，对于大规模制造吸附剂构成挑战。另外，用冰模板法制备的可用吸附剂也存在低机械稳定性的缺点。目前已开发出多种通过将铀提取官能团负载在坚固的具有水通道的异相材料表面用于提升铀吸附材料的机械性能。然而，所使用的坚固异相材料缺乏铀酰离子结合的功能位点，因此所制成的吸附材料的铀吸附能力往往较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料的制备方法，解决现有聚酰胺基提铀材料由于具有铀吸附官能团质量占比低、缺乏水通道以及力学性能不足导致铀吸附容量低的问题。

2、本发明采用一种基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料的制备方法，包括以下步骤：按照一定比例将高粘度聚酰胺肟溶液和糖颗粒充分混合，后投入无水甲醇浸泡进行相分离，再浸入水中以去除糖颗粒，最后利用水流冲破材料内部的封闭隔膜，获得具有互通通道的海绵材料，所述高粘度聚酰胺肟溶液和糖颗粒的质量比为1:4-1:4.5，高粘度聚酰胺肟溶液粘度为500-550mpa.s。

3、优选地，高粘度聚酰胺肟溶液和糖颗粒的质量比为1:4.5，所述高粘度聚酰胺肟溶液粘度为538mpa.s。

4、优选地，称量盐酸羟胺加入装有n,n-二甲基乙酰胺和n,n-二甲基甲酰胺混合溶液的反应烧瓶中完全溶解后，加入氢氧化钠和碳酸钠，再将烧瓶放入油浴中进行机械搅拌后，使反应混合溶液的ph值达到中性，逐渐加入聚丙烯腈并继续搅拌反应形成了粘稠的黄色溶液，后离心分离获得高粘度聚酰胺肟溶液。

5、优选地，n,n-二甲基乙酰胺和n,n-二甲基甲酰胺体积比为6:4。

6、优选地，相分离时间为10h。

7、优选地，糖颗粒粒径分布范围为200-900μm。

8、优选地，水流冲破材料具体步骤包括：将海绵材料置于砂芯过滤器上，利用真空度为0.01mpa的隔膜泵引导水流流经海绵材料5min。

9、本发明另一方面还提供一种基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料。

10、采用本发明所提供的一种基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料的制备方法，一方面采用高粘度聚酰胺肟溶液作为基材，避免了传统交联剂的使用对吸附位点的占用，从而提高吸附位点密度；另一方面使用以尺寸分布亚毫米级颗粒作为牺牲模板在铀吸附剂内部制造具有超大水运输通道(直径从10μm到830μm的大孔，孔容达22.95cm3/g)和稳定结构(抗压强度为106.7kpa)的swtc-pao海绵，为铀酰离子在吸附剂内向吸附位点的传输提供了高效的通道。

11、进一步地，利用本发明方法制备的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料，在天然海水中15天内实现了8.4mg g-1铀提取容量的同时具有0.56mg g-1d-1快速的铀吸附速度。此外，swtc-pao海绵在含铀废水的24h内可有效去除99.59％的铀，处理后的废水中金属离子的浓度低于设定的饮用水质量卫生标准。

技术特征：

1.一种基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照一定比例将高粘度聚酰胺肟溶液和糖颗粒充分混合，后投入无水甲醇浸泡进行相分离，再浸入水中以去除糖颗粒，最后利用水流冲破材料内部的封闭隔膜，获得具有互通通道的海绵材料，所述高粘度聚酰胺肟溶液和糖颗粒的质量比为1:4-1:4.5，所述高粘度聚酰胺肟溶液粘度为500-550mpa.s。

2.根据权利要求1所述的一种基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料的制备方法，其特征在于，所述高粘度聚酰胺肟溶液和糖颗粒的质量比为1:4.5，所述高粘度聚酰胺肟溶液粘度为538mpa.s。

3.根据权利要求1所述的一种基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料的制备方法，其特征在于，称量盐酸羟胺加入装有n,n-二甲基乙酰胺和n,n-二甲基甲酰胺混合溶液的反应烧瓶中完全溶解后，加入氢氧化钠和碳酸钠，再将烧瓶放入油浴中进行机械搅拌后，使反应混合溶液的ph值达到中性，逐渐加入聚丙烯腈并继续搅拌反应形成了粘稠的黄色溶液，后离心分离获得高粘度聚酰胺肟溶液。

4.根据权利要求3所述的一种基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料的制备方法，其特征在于，所述n,n-二甲基乙酰胺和n,n-二甲基甲酰胺体积比为6:4。

5.根据权利要求1所述的一种基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料的制备方法，其特征在于，所述相分离时间为10h。

6.根据权利要求1所述的一种基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料的制备方法，其特征在于，所述糖颗粒粒径分布范围为200-900μm。

7.根据权利要求1所述的一种基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料的制备方法，其特征在于，所述水流冲破材料具体步骤包括：将海绵材料置于砂芯过滤器上，利用真空度为0.01mpa的隔膜泵引导水流流经海绵材料5min。

8.一种根据权利要求1至7任一项所述的方法制备而得基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料。

技术总结本发明公开了一种基于模板法的超大水传输通道聚酰胺肟铀吸附材料的制备方法，按照一定比例将高粘度聚酰胺肟溶液和糖颗粒充分混合，后投入无水甲醇浸泡进行相分离，再浸入水中以去除糖颗粒，最后利用水流冲破材料内部的封闭隔膜，获得具有互通通道的海绵材料，高粘度聚酰胺肟溶液和糖颗粒的质量比为1:4‑1:4.5。本方明方法以高粘度聚酰胺肟溶液为基材，亚毫米级颗粒糖作为牺牲模板，制备而得具有超大水运输通道和高机械稳定结构的SWTC‑PAO海绵，SWTC‑PAO海绵在天然海水中15天内实现了8.4mg g<supgt;‑1</supgt;的高铀提取容量。此外，SWTC‑PAO海绵在含铀废水的24h内可有效去除99.59％的铀。技术研发人员：袁益辉,王宁,张家诚受保护的技术使用者：海南大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4