CN116651383A - 一种大通道厚膜水凝胶材料及工程用海水提铀装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大通道厚膜水凝胶材料及工程用海水提铀装置，以制备的PVA‑PAO大通道厚膜水凝胶作为吸附膜，定向通道的引入能增加水凝胶内部偕胺肟等官能团的暴露量，提高吸附剂的提铀效率，且该海水提铀装置更能抵抗海洋真实环境中的风浪等载荷，可实现吸附材料的快速投放，更换和回收，适合作为工程用海水提铀装置推广使用。
Description
技术领域
本发明属于海水提铀技术领域，涉及一种大通道厚膜水凝胶材料及工程用海水提铀装置。
背景技术
铀是一种天然放射性元素，主要用作核电站的燃料。随着全球核能需求的增长，对铀的需求也在增加。铀资源有限，而海洋中估计有45亿吨以上的铀，大约是陆地储量的1000倍，因此从海水中提取铀可能是一种更可持续的核能开发方法。然而，海水中铀的浓度很低，大约是每一升海水含铀3.3微克(相当于30万吨海水只蕴含约1公斤铀元素)，这使得从海洋中提取铀比从地面开采铀要困难和昂贵得多，研究一个具有成本效益的海水提铀方法是一个巨大的挑战。目前海水提铀的研究，主要集中在吸附剂的研制、吸附装置与工程实施两个方面。
近年来不断有纳米结构材料、MOFs和基因工程蛋白质等新型材料被提出，但这些材料研发没有考虑实施场景条件和具体的实施方案，现实意义不大。同时，现有的海水提铀装置虽然能起到一定的提铀作用，但存在以下不足：
1.都在研究吸附剂，工程用的提铀装置少。
2.操作不便。
3.装置不够成熟，多处于试验阶段，还未大规模实现。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种大通道厚膜水凝胶材料及工程用海水提铀装置，以制备的大通道厚膜水凝胶材料作为吸附膜，定向通道的引入能增加水凝胶内部偕胺肟等官能团的暴露量，提高吸附剂的提铀效率，且该海水提铀装置更能抵抗海洋真实环境中的风浪等载荷，可实现吸附材料的快速投放，更换和回收，适合作为工程用海水提铀装置推广使用。
本发明为实现技术目的采取的技术方案为：
本发明提供了一种大通道厚膜水凝胶材料的制备方法，包括：
1)将PAO按照(0.02～0.12)：1的质量体积比(g/ml)充分溶于0.3mol/L的NaOH溶液中，然后加入0.1g/mL的PVA水溶液，震荡混匀，接着加入50％戊二醛，继续搅拌混合均匀，得到水凝胶前驱体溶液，NaOH溶液、PVA溶液和戊二醛的体积比为20：5：2；
2)将步骤1)得到的水凝胶前驱体溶液导入预先准备好的模具中，在室温下反应6～12h，然后将其放入冰箱冷冻6～12h，再取出解冻2～6h，经过3次冷冻解冻循环后脱模，得到PVA-PAO大通道厚膜水凝胶。
优选地，步骤2)中，通过调节模具中金属棒的直径和倒入的水凝胶前驱体溶液的量来制备具有不同孔径和厚度的PVA-PAO大通道厚膜水凝胶。
更优选地，所述PVA-PAO大通道厚膜水凝胶的孔径为1.0～3.0mm，厚度为0.5～10mm。
本发明还提供了一种大通道厚膜水凝胶材料，通过上述方法制备得到。
本发明另提供了一种工程用海水提铀装置，包括箱体，所述箱体通过锚固定于海底并通过配重块悬浮于海水中，所述箱体内安装有吸附框，所述吸附框上安装有吸附膜，所述吸附膜采用上述大通道厚膜水凝胶材料制成。
优选地，所述吸附框包括固定框和吸附膜，所述固定框上设有燕尾槽，所述吸附膜通过在燕尾槽中塞入橡胶条安装于所述固定框上。
优选地，所述箱体采用耐海水腐蚀的高密度聚乙烯材料制成。
优选地，所述箱体包括顶盖、箱身和箱底，所述顶盖黑化以吸收阳光，所述箱身采用镂空结构。
优选地，所述箱身和箱底的内部设置有导槽以安装吸附框，所述箱身的顶部设置有拨动挡片以对吸附框进行限位。
更优选地，所述吸附框设置有若干且竖直平行排列安装于所述箱身中。
优选地，所述箱身的外部还设置有抗菌性网衣。
更优选地，所述抗菌性网衣采用可替换的防污网，所述防污网为框架结构且通过卡扣与所述箱身可拆卸连接。
本发明的有益效果在于：
1.采用PVA-PAO大通道厚膜水凝胶材料制成吸附膜，定向通道的引入能增加水凝胶内部偕胺肟等官能团的暴露量，提高吸附剂的提铀效率。
2.箱身及箱底的内部设置吸附框导槽，箱身的顶部设置拨动挡片，吸附完成后，箱体位置不变，将吸附框整体取出，再将新的吸附框沿导槽放入，到位后旋转拨动挡片，防止吸附框移位，该装置可实现吸附材料的快速投放，更换和回收。
3.箱体采用耐海水腐蚀的高密度聚乙烯材料制造，箱体顶盖黑化以吸收太阳光，提高局部温度，增强吸附动力学，箱身的镂空设计可以增大海水与吸附膜的接触面积，便于高效率提铀。
4.箱身外设抗菌性网衣，可以初步过滤泥沙、海洋漂浮物及鱼类等海洋生物，防止海洋生物附着，增强箱体的抗风浪性能；抗菌性网衣优选采用可替换的防污网，防污网也采用便于更换的框架结构，可以根据使用情况定期更换，维护成本低。
5.箱体上方锚链连接锚，锚固定在海底，就可以将箱体悬浮于海里，通过箱体底部增加配重来平衡箱体整体浮力，能更好地实现这一功能。
附图说明
图1为本发明工程用海水提铀装置的整体结构示意图。
图2为本发明工程用海水提铀装置中吸附框的结构示意图。
图3为本发明工程用海水提铀装置中箱体的结构示意图。
1、顶盖；2、箱身；3、箱底；4、吸附框，41、固定框，42、吸附膜，43、燕尾槽；5、配重绳；6、配重块；7、锚链；8、锚；9、抗菌性网衣。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中，“室温”可以是25℃±5℃。
实施例1
本实施例提供一种大通道厚膜水凝胶材料的制备方法，包括：首先将2g聚酰胺肟(PolyamideOxime，PAO)充分溶于20mL0.3mol/LNaOH溶液中，然后加入5mL聚乙烯醇(PVA)溶液(20gPVA和200mL去离子水，在90℃下磁力搅拌12h，充分溶解成为均一的PVA溶液)，通过旋涡震荡器使两者充分混合均匀。接着加入2mL50％的戊二醛，继续搅拌混合均匀，得到水凝胶前驱体溶液。将该水凝胶前驱体溶液导入预先准备好的模具中，在室温下反应12h，然后将其放入冰箱-4℃～-24℃冷冻6h，再取出解冻2h。经过3次冷冻解冻循环后脱模，得到PVA-PAO大通道厚膜水凝胶。通过调节模具中金属棒的直径和倒入的水凝胶前驱体溶液量来制备具有不同孔径(1mm，1.5mm，2.0mm，2.5mm，3.0mm)和厚度(0.5mm，1.0mm，2.0mm，4.0mm，8.0mm，10mm)的PVA-PAO大通道厚膜水凝胶。
实施例2
如图1和3所示，本发明提供的一种工程用海水提铀装置，包括箱体，箱体优选采用耐海水腐蚀的高密度聚乙烯材料制成，箱体又包括顶盖1、箱身2和箱底3，顶盖1与箱身2通过尺寸配合连接，顶盖1黑化以吸收太阳光，提高局部温度，增强吸附动力学，箱身2镂空，可以增大海水与吸附膜的接触面积，便于高效率提铀，箱底3采用常规平面结构，其4个角与配重块6通过四根配重绳5相连接来平衡浮力，箱身2与锚8通过四根锚链7相连接将箱体固定在海里。
箱身2及箱底3的内部设置有导槽(图中未示出，属于公知结构)以安装吸附框4，吸附框4上安装有吸附膜，吸附框4优选设置有若干且竖直平行排列安装于箱身2中。箱身2顶部设置拨动挡片(图中未示出，可采用公知结构)以对吸附框4进行限位，吸附完成后，箱体位置不变，将吸附框4整体取出，再将新的吸附框沿导槽放入，到位后旋转拨动挡片，防止吸附框移位，该装置可实现吸附材料的快速投放，更换和回收。
如图2所示，吸附框4又包括固定框41，固定框41上设有燕尾槽43，吸附膜42通过在燕尾槽43中塞入橡胶条安装于固定框41上。吸附膜42采用实施例1中制备的PVA-PAO大通道厚膜水凝胶，定向通道的引入能增加水凝胶内部偕胺肟等官能团的暴露量，提高吸附剂的提铀效率。
箱身2的外部还设置有抗菌性网衣9，初步过滤泥沙、海洋漂浮物及鱼类等海洋生物，抗菌性网衣9采用可替换的防污网，防污网优选采用便于更换的框架结构，通过卡扣与箱身2可拆卸连接，根据使用情况定期更换。
本提铀装置具体工作过程为：将该装置放入海中，通过锚8固定在海底，该装置通过配重块6作用平衡浮力悬浮于海里，水在自然状态下流动通过该装置的吸附膜42，实现提铀过程，同时，该装置箱身2与吸附框4通过尺寸相配合的导槽连接，箱身2顶部设置拨动挡片，防止吸附框4移位，同时也实现吸附膜42的快速更换，达到该装置重复利用的效果，箱身外设的抗菌性网衣9通过卡扣与箱身2连接，达到便于更换的效果。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为更清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方法予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种大通道厚膜水凝胶材料的制备方法，包括：
1)将PAO按照0.02～0.12：1的质量体积比充分溶于0.3mol/L的NaOH溶液中，然后加入0.1g/mL的PVA水溶液，震荡混匀，接着加入50％戊二醛，继续搅拌混合均匀，得到水凝胶前驱体溶液，NaOH溶液、PVA溶液和戊二醛的体积比为20：5：2；
2)将步骤1)得到的水凝胶前驱体溶液导入预先准备好的模具中，在室温下反应6～12h，然后将其放入冰箱冷冻6～12h，再取出解冻2～6h，经过3次冷冻解冻循环后脱模，得到PVA-PAO大通道厚膜水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种大通道厚膜水凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，通过调节模具中金属棒的直径和倒入的水凝胶前驱体溶液的量来制备具有不同孔径和厚度的PVA-PAO大通道厚膜水凝胶。
3.根据权利要求2所述的一种大通道厚膜水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述PVA-PAO大通道厚膜水凝胶的孔径为1.0～3.0mm，厚度为0.5～10mm。
4.一种大通道厚膜水凝胶材料，通过权利要求1～3任意一项所述的一种大通道厚膜水凝胶材料的制备方法制备得到。
5.一种工程用海水提铀装置，包括箱体，所述箱体通过锚固定于海底并通过配重块悬浮于海水中，所述箱体内安装有吸附框，所述吸附框上安装有吸附膜，所述吸附膜采用权利要求4所述的一种大通道厚膜水凝胶材料制成。
6.根据权利要求5所述的一种工程用海水提铀装置，其特征在于，所述吸附框包括固定框和吸附膜，所述固定框上设有燕尾槽，所述吸附膜通过在燕尾槽中塞入橡胶条安装于所述固定框上。
7.根据权利要求5所述的一种工程用海水提铀装置，其特征在于，所述箱体包括顶盖、箱身和箱底，所述顶盖黑化以吸收阳光，所述箱身采用镂空结构。
8.根据权利要求7所述的一种工程用海水提铀装置，其特征在于，所述箱身和箱底的内部设置有导槽以安装吸附框，所述箱身的顶部设置有拨动挡片以对吸附框进行限位。
9.根据权利要求7所述的一种工程用海水提铀装置，其特征在于，所述箱身的外部还设置有抗菌性网衣。
10.根据权利要求9所述的一种工程用海水提铀装置，其特征在于，所述抗菌性网衣采用可替换的防污网，所述防污网为框架结构且通过卡扣与所述箱身可拆卸连接。
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Also Published As
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