CN106957435A - 一种用于水体中铀提取的聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于水体中铀提取的聚合物及其制备方法。该聚合物的原料组分为丙烯酰胺、丙烯腈、（1‑二甲氨基‑烯丙基）‑膦酸、过硫酸铵、亚硫酸氢钠、壳聚糖、戊二醛和盐酸羟胺。该聚合物的制备方法首先使用丙烯酰胺、丙烯腈和（1‑二甲氨基‑烯丙基）‑膦酸制备聚合物片段Poly（AM/AN/DMAAPA）；其次将Poly（AM/AN/DMAAPA）与壳聚糖通过戊二醛交联制备获得CTS‑g‑Poly（AM/AN/DMAAPA）；最后使用盐酸羟胺进行偕胺肟化反应，制备获得聚合物CTS‑g‑Poly（AM/AO/DMAAPA）。该聚合物具有高效的配位性能，能够有效捕获铀离子，具有吸附容量大、稳定性好、抗干扰能力强的优点，市场前景广阔。该聚合物的制备方法简便、效率高。

Description

一种用于水体中铀提取的聚合物及其制备方法
技术领域
本发明属于海水提铀与含铀废水处理技术领域，具体涉及一种用于水体中铀提取的聚合物及其制备方法。
背景技术
国际能源机构预测，到2020年世界能源需求将增长65%，届时世界能源供应将严重不足，传统能源无法满足人类的需求，核能将在弥补能源缺口中起到重要作用。随着世界核能事业的发展，对于铀资源的需求与日俱增，同时乏燃料中的含铀废液的处理液成为各核能国家必须面对的一道难题。高效的铀提取材料一方面可以用于海水中铀的提取，海水中蕴藏着约45亿吨铀，如果能够将海水中的铀资源利用起来，铀将会是一种“取之不尽”的资源，足以保证人类能源的可持续发展；另一方面铀提取材料可以用于含铀废液的处理，减少其对于环境的危害。因此，铀提取材料的研发具有重要的应用价值和战略意义。
目前用于铀提取的方法主要有共沉淀法、离子交换法、浮选法、生物处理法、磁分离法等。这些方法对于特定的分离体系都有很好的分离效果，但是普适性并不强。相比这些分离方法，吸附法操作简单，成本低，效率高，适用性强，因此获得了较多的应用。因此发展新型的铀离子提取材料对于铀分离具有非常重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是提供一种用于水体中铀提取的聚合物，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种用于水体中铀提取的聚合物的制备方法。
本发明的用于水体中铀提取的聚合物，其特点是，所述的聚合物的原料组分的重量百分比如下：
丙烯酰胺 66.3~71.1%；
丙烯腈 7.1~8.3%；
(1-二甲氨基-烯丙基）-膦酸 3.6~7.4%；
引发剂 0.5%或0.6%；
壳聚糖 14.2~16.6%；
戊二醛 3.5~4.1%；
其余为盐酸羟胺的水和甲醇混合溶液。
所述的引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的摩尔质量比1:1的混合物。
本发明的用于水体中铀提取的聚合物的制备方法包含以下步骤：
a.将丙烯酰胺、丙烯腈和（1-二甲氨基-烯丙基）-膦酸溶解于去离子水中，加热至50℃加入引发剂过硫酸铵与亚硫酸氨钠，反应8-12小时，制备聚合物片段Poly（AM/AN/DMAAPA），分子式如下：
（1）；
b.将壳聚糖溶解于1%wt的冰乙酸水溶液，充分搅拌使其完全溶解，形成壳聚糖溶液；
c.在壳聚糖溶液中加入Poly（AM/AN/DMAAPA），加热搅拌均匀，加入戊二醛，反应8小时；
d.用乙醇洗涤步骤c生成的固体沉淀物Ⅰ，烘干得到聚合物CTS-g-Poly（AM/AN/DMAAPA），分子式如下：
（2）；
e.配制1.5mol/L~2mol/L盐酸羟胺的水和甲醇混合溶液，加入聚合物CTS-g-Poly（AM/AN/DMAAPA），并加入碳酸钠调节pH值至中性；在60oC下反应2~4小时；
f.将步骤c生成的固体沉淀物Ⅱ用乙醇冲洗和干燥获得聚合物CTS-g-Poly（AM/AO/DMAAPA），得到所需的用于水体中铀提取的聚合物，CTS-g-Poly（AM/AO/DMAAPA）的分子式如下：
（3）。
在本发明的用于水体中铀提取的聚合物的制备过程中，需要使用的辅助材料包括冰乙酸、甲醇、乙醇和去离子水，以上材料均为溶剂，不构成聚合物的组分。
本发明的用于水体中铀提取的聚合物含有多种官能团结构，表现出很好的螯合能力，其磷酸基团具有很好的亲水作用能力并能够与铀离子发生配位作用，丙烯腈与盐酸羟胺生成的偕胺肟基对铀离子具有选择性吸附作用。该聚合物具有高效的配位性能，能够有效捕获铀离子，具有吸附容量大、稳定性好、抗干扰能力强的优点，市场前景广阔。该聚合物的制备方法简便、效率高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
1.分别称量丙烯酰胺9g，丙烯腈1g，（1-二甲氨基-烯丙基）-膦酸0.5g，溶解于30ml去离子水中，通入氮气，溶液置于50oC的恒温水浴中加热，然后向溶液中加入引发剂（引发剂质量为单体总质量的0.7%，过硫酸铵:亚硫酸氢钠=1:1）,聚合8-12个小时后结束反应，得产物为Poly（AM/AN/DMAAPA）。
2.称取壳聚糖2g溶解于60ml质量分数为1%的冰醋酸水溶液中，充分搅拌溶解，将之前制备获得的Poly（AM/AN/DMAAPA）加入壳聚糖溶液中，将混合物置于50oC的恒温水浴中加热搅拌均匀，再加入0.5ml（0.5g）戊二醛，反应8小时。反应完后将反应液中的沉淀分离，用乙醇多次洗涤沉淀，干燥获得产物CTS-g-Poly（AM/AN/DMAAPA）。
3.称取CTS-g-Poly（AM/AN/DMAAPA）1g，加入过量1.5mol/L~2mol/L盐酸羟胺的水和甲醇混合溶液，并加入碳酸钠调价pH值至中性；60~80oC反应2~4小时，反应完后将反应液中的沉淀分离，用乙醇多次洗涤沉淀，干燥获得产物CTS-g-Poly（AM/AO/DMAAPA）,即得用于水体中铀提取的聚合物，聚合物在pH=8，铀含量为20ppm的铀溶液中的铀吸附容量为156mgU/g。
其余实施例与实施例1的实施方式基本相同，主要区别在于，原料组分的重量/质量/摩尔百分比不同，生成产物CTS-g-Poly（AM/AO/DMAAPA）的铀吸附容量不同，具体结果见表1。
表1
实施例 丙烯酰胺 丙烯腈 （1-二甲氨基-烯丙基）-膦酸 引发剂（过硫酸铵:亚硫酸氢钠=1:1） 壳聚糖 戊二醛 铀吸附容量（mg U/g）
实施例1 68.9% 7.7% 3.8% 0.6% 15.2% 3.8% 156
实施例2 66.3% 8.3% 4.1% 0.6% 16.6% 4.1% 137
实施例3 71.1% 7.1% 3.6% 0.5% 14.2% 3.5% 128
实施例4 66.3% 7.4% 7.4% 0.5% 14.7% 3.7% 145
本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于水体中铀提取的聚合物，其特征在于：所述的聚合物的原料的质量百分比组分如下：
丙烯酰胺 66.3%~71.1%；
丙烯腈 7.1%~8.3%；
（1-二甲氨基-烯丙基）-膦酸 3.6%~7.4%；
引发剂 0.5%或0.6%；
壳聚糖 14.2%~16.6%；
戊二醛 3.5%~4.1%；
其余为盐酸羟胺的水和甲醇混合溶液。
2.根据权利要求1所述的用于水体中铀提取的聚合物，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的摩尔质量比1:1的混合物。
3.一种权利要求1所述的用于水体中铀提取的聚合物的制备方法，其特征在于：所述的方法包含以下步骤：
a.将丙烯酰胺、丙烯腈和（1-二甲氨基-烯丙基）-膦酸溶解于去离子水中，加热至50℃后加入引发剂过硫酸铵与亚硫酸氨钠，反应8-12小时，制备聚合物片段Poly（AM/AN/DMAAPA），分子式如下：
；
b.将壳聚糖溶解于1%wt的冰乙酸水溶液，充分搅拌使其完全溶解，形成壳聚糖溶液；
c.在壳聚糖溶液中加入Poly（AM/AN/DMAAPA），加热搅拌均匀，加入戊二醛，反应8小时；
d.用乙醇洗涤步骤c生成的固体沉淀物Ⅰ，烘干得到聚合物CTS-g-Poly（AM/AN/DMAAPA），分子式如下：
；
e.配制1.5mol/L~2mol/L盐酸羟胺的水和甲醇混合溶液，加入聚合物CTS-g-Poly（AM/AN/DMAAPA），并加入碳酸钠调节pH值至中性；在60oC下反应2~4小时；
f.将步骤c生成的固体沉淀物Ⅱ用乙醇冲洗和干燥获得聚合物CTS-g-Poly（AM/AO/DMAAPA），得到所需的用于水体中铀提取的聚合物，CTS-g-Poly（AM/AO/DMAAPA）的分子式如下：
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