CN109231345B - 一种选择性铀吸附材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种选择性铀吸附材料及其制备方法，该选择性铀吸附材料的原料组分为聚氯乙烯‑氯化聚氯乙烯纤维、丙烯腈、2‑甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、盐酸羟胺。该制备方法首先使用不同质量的聚氯乙烯‑氯化聚氯乙烯纤维，丙烯腈、2‑甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱聚合反应得到聚合物PCP‑MPC‑AN；将聚合产物加入盐酸羟胺溶液中进行偕胺肟化反应，获得本发明的选择性铀吸附材料PCP‑MPC‑AO。本发明的选择性铀吸附材料能够有效捕获铀离子，具有吸附容量大、选择性好等优点；本发明的选择性铀吸附材料制备方法简便、效率高，有良好的市场前景。

Description

一种选择性铀吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明属于海水提铀技术领域，具体涉及一种选择性铀吸附材料及其制备方法。
背景技术
铀资源是核工业持续发展的基础资源，是我国核能发展的战略资源，在核能不断发展的背景下，核燃料铀的保障问题日渐突显。我国已探明铀资源储量约20万吨，位居全世界第10位。但作为人口大国，铀资源极为贫乏，而且我国陆矿铀的开采成本相对较高，处理1000吨铀矿石仅能得到1吨铀，并同时产生3000吨废水。2015年国际原子能机构（IAEA）和经济合作发展组织下属核能机构（OECD-NEA）公布，全世界已探明的铀矿资源总质量约为7.64×106吨，这部分铀资源经估算,只够人类使用120年左右。全世界海水中含铀总量约45亿吨，大约是陆地岩石含铀总量的1000倍，如果能开发稳定、高效、廉价并可重复利用的海水提铀方法，那么海水中的铀将成为一种“取之不尽”的能源，足以保证人类能源的可持续发展。
海水提铀的方法多种多样，例如：吸附法、溶剂萃取分离法、化学沉淀法、生物处理法、离子交换法和超导磁分离法等，综合提铀速率、材料稳定性、铀酰离子选择性、经济因素和可行性等多方面考虑，吸附法最适于应用在海水提铀中，而吸附法的核心是选择和制备性能优良的吸附材料，选择性作为吸附材料的关键性能，对于实现复杂的海水环境中铀的吸附至关重要。但是，目前的大多数的铀吸附材料主要是基于偕胺肟基团作为功能基团对铀进行吸附，偕胺肟基团对于多种金属离子都具有较好的配位能力，导致这类铀吸附材料对于铀的吸附选择性都不好。因此，亟需发展对海水中的铀具有高选择性铀吸附材料。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是提供一种选择性铀吸附材料，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种选择性铀吸附材料的制备方法。
本发明的一种选择性铀吸附材料，其特点是，所述的选择性铀吸附材料的原料的质量百分比组分如下：
氯乙烯-氯化聚氯乙烯纤维 11.0%~15.6%；
丙烯腈 22.2%~30.3%；
2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱 3.7%~10.8%；
盐酸羟胺 55.0%~55.9%。
制备所述的一种选择性铀吸附材料的辅助材料包括：碳酸乙烯酯、氯化铜、氯化亚铜、维生素C、N,N-二甲基乙酰胺、氢氧化钠、甲醇、超纯水和乙醇。
本发明的选择性铀吸附材料的制备方法包括以下步骤：
a.将氯乙烯-氯化聚氯乙烯纤维，丙烯腈和2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱加入三颈圆底烧瓶中，加入碳酸乙烯酯作为溶剂，并加入氯化铜和氯化亚铜作为催化剂，加入维生素C作为还原剂，氮气保护下，加热至80℃~120℃，反应24~48小时，得聚合产物；用N,N-二甲基乙酰胺和乙醇反复洗涤，得到聚合产物，将聚合产物置于50℃下真空干燥，得到产物PCP-MPC-AN，PCP-MPC-AN的结构式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）；
b.配制溶质为质量分数10%的盐酸羟胺溶液，溶剂为体积比为1:1的水和甲醇混合溶剂，将溶质溶解到溶剂内形成溶液；之后在溶液中加入氢氧化钠调节pH值至弱碱性pH8~pH10后倒入圆底烧瓶，加入PCP-MPC-AN，在80oC水浴中搅拌回流反应，所得产物用乙醇反复洗涤，得到纤维产物，将纤维产物置于50℃下真空干燥，得到所需的PCP-MPC-AO，PCP-MPC-AO的结构式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（2）。
本发明的选择性铀吸附材料含有大量的磷酸酯基团和偕胺肟基团，表现出很好的螯合能力，其对于铀酰离子有较好的吸附容量和选择性吸附作用。本发明的选择性铀吸附材料具有高效的配位性能，能够有效捕获铀离子，具有吸附容量大和酸碱稳定性好等优点，市场前景广阔。本发明的选择性铀吸附材料的制备方法简便、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．将0.6g 氯乙烯-氯化聚氯乙烯纤维，1.43g 丙烯腈和 0.35g 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱加入三颈圆底烧瓶中，加入15ml 碳酸乙烯酯作为溶剂，并加入0.01g 氯化铜和0.01g氯化亚铜作为催化剂，加入0.3g 维生素C作为还原剂，氮气保护下，加热至80℃~120℃，反应24~48小时，得聚合产物；用N,N-二甲基乙酰胺和乙醇反复洗涤，得到聚合产物，将聚合产物置于50℃下真空干燥，得到产物PCP-MPC-AN。
2．配制40ml质量分数为10%的盐酸羟胺溶液，溶剂为体积比为1:1的水和甲醇混合溶剂；之后加入氢氧化钠调节pH值至弱碱性pH8-pH10并加入圆底烧瓶，加入2.38g PCP-MPC-AN，在80℃水浴中搅拌回流8 h，所得产物用乙醇反复洗涤，得到纤维产物，将纤维产物置于50℃下真空干燥，得到所需的PCP-MPC-AO。
经测试，上述的选择性铀吸附材料在用海水配置，铀含量为20ppm的溶液中铀吸附容量为41.8 mg U/g ads。
实施例2
1．将0.6g 氯乙烯-氯化聚氯乙烯纤维，1.19g 丙烯腈和 0.58g 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱加入三颈圆底烧瓶中，加入15ml 碳酸乙烯酯作为溶剂，并加入0.01g 氯化铜和0.01g氯化亚铜作为催化剂，加入0.3g 维生素C作为还原剂，氮气保护下，加热至80℃~120℃，反应24~48小时，得聚合产物；用N,N-二甲基乙酰胺和乙醇反复洗涤，得到聚合产物，将聚合产物置于50℃下真空干燥，得到产物PCP-MPC-AN。
2．配制40ml质量分数为10%的盐酸羟胺溶液，溶剂为体积比为1:1的水和甲醇混合溶剂；之后加入氢氧化钠调节pH值至弱碱性pH8-pH10并加入圆底烧瓶，加入2.37g PCP-MPC-AN，在80℃水浴中搅拌回流8 h，所得产物用乙醇反复洗涤，得到纤维产物，将纤维产物置于50℃下真空干燥，得到所需的PCP-MPC-AO。
经测试，上述的选择性铀吸附材料在用海水配置，铀含量为20ppm的溶液中铀吸附容量为19.3 mg U/g ads。
实施例3
1．将0.6g 氯乙烯-氯化聚氯乙烯纤维，1.65g 丙烯腈和 0.2g 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱加入三颈圆底烧瓶中，加入15ml 碳酸乙烯酯作为溶剂，并加入0.01g 氯化铜和0.01g氯化亚铜作为催化剂，加入0.3g 维生素C作为还原剂，氮气保护下，加热至80℃~120℃，反应24~48小时，得聚合产物；用N,N-二甲基乙酰胺和乙醇反复洗涤，得到聚合产物，将聚合产物置于50℃下真空干燥，得到产物PCP-MPC-AN。
2．配制40ml质量分数为10%的盐酸羟胺溶液，溶剂为体积比为1:1的水和甲醇混合溶剂；之后加入氢氧化钠调节pH值至弱碱性pH8-pH10并加入圆底烧瓶，加入2.45g PCP-MPC-AN，在80℃水浴中搅拌回流8 h，所得产物用乙醇反复洗涤，得到纤维产物，将纤维产物置于50℃下真空干燥，得到所需的PCP-MPC-AO。
经测试，上述的选择性铀吸附材料在用海水配置，铀含量为20ppm的溶液中铀吸附容量为32.3 mg U/g ads。
以上各实施例的实施方式基本相同，主要区别在于，原料组分的质量百分比不同，导致生成产物PCP-MPC-AO的铀吸附容量不同。
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 (1)

1.一种选择性铀吸附材料，其特征在于，所述的选择性铀吸附材料的原料的质量百分比组分如下：
氯乙烯-氯化聚氯乙烯纤维 11.0%~15.6%；
丙烯腈 22.2%~30.3%；
2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱 3.7%~10.8%；
盐酸羟胺 55.0%~55.9%；
制备方法包括以下步骤：
将氯乙烯-氯化聚氯乙烯纤维，丙烯腈和2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱加入三颈圆底烧瓶中，加入碳酸乙烯酯作为溶剂，并加入氯化铜和氯化亚铜作为催化剂，加入维生素C作为还原剂，氮气保护下，加热至80℃~120℃，反应24~48小时，得聚合产物；用N,N-二甲基乙酰胺和乙醇反复洗涤，得到聚合产物，将聚合产物置于50℃下真空干燥，得到产物PCP-MPC-AN，PCP-MPC-AN的结构式如下：
Figure 537620DEST_PATH_IMAGE001
（1）；
配制溶质为质量分数10%的盐酸羟胺溶液，溶剂为体积比为1:1的水和甲醇混合溶剂，将溶质溶解到溶剂内形成溶液；之后在溶液中加入氢氧化钠调节pH值至弱碱性pH8~pH10后倒入圆底烧瓶，加入PCP-MPC-AN，在80oC水浴中搅拌回流反应，所得产物用乙醇反复洗涤，得到纤维产物，将纤维产物置于50℃下真空干燥，得到所需的PCP-MPC-AO，PCP-MPC-AO的结构式如下：
Figure 255040DEST_PATH_IMAGE002
（2）。
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