[發(fā)明專利]一種用于海水提鈾的納米纖維材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710665074.0
• 申請日: 2017-08-07
• 公開（公告）號: CN107475798B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王東;王寧;伍暉;宋健安
• 申請（專利權(quán)）人: 海南大學(xué);清華大學(xué)
• 主分類號: D01F6/54
• 分類號: D01F6/54;D01D5/04;C22B60/02;C02F1/28;C02F103/08
• 代理公司: 11350 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 趙蕊紅

本發(fā)明公開了一種用于海水提鈾的納米纖維材料的制備方法，包括以下步驟：將聚丙烯腈偕胺肟化處理后得到偕胺肟化聚丙烯腈；利用壓縮氣流將偕胺肟化聚丙烯腈溶液吹拉為納米纖維，后用接收裝置收集；偕胺肟化聚丙烯腈的溶液濃度為5wt％?20wt％。采用本發(fā)明提供的的制備方法，條件溫和、過程簡便、成本低廉，克服了先制備聚丙烯腈纖維再胺肟化改性所導(dǎo)致的纖維嚴(yán)重收縮、脆斷等問題，克服了熔噴工藝中復(fù)雜的高溫熔融加熱組件及其高能耗缺陷，同時克服了靜電紡絲工藝中高壓電場組件及其參數(shù)難以控制缺陷，不受收集裝置的限制，易于規(guī)模化生產(chǎn)。通過控制溶液濃度和工藝參數(shù)，提高其比表面積，增加吸附位點和擴散速率，從而獲得高吸附性的海水提鈾納米纖維材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種用于海水提鈾的納米纖維材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鈾是核工業(yè)賴以發(fā)展的基礎(chǔ)和戰(zhàn)略資源，對我國核電、核能發(fā)展以及國防安全具有非常重要的作用。然而我國陸地鈾資源匱乏，鈾燃料的自給存在嚴(yán)重缺口，對保障國家能源安全，維護(hù)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定存在著不利影響。而海洋是一個巨大的鈾的儲存庫，鈾在海水中總含量高達(dá)45億噸，是陸地鈾儲量的數(shù)千倍。但是，海水中鈾的濃度極低，僅為約3.3μg/L，且眾多共存的金屬離子含量遠(yuǎn)高于鈾酰離子，因此必須使用恰當(dāng)?shù)姆椒ú拍苡行崛』蚋患Ｋ械拟欃Y源。

在眾多的海水提鈾方法中，吸附法因具有操作簡單、易于規(guī)模化、吸附效率和選擇性提升空間大等優(yōu)點，其核心是吸附材料對雜離子海水體系中超低濃度鈾的快速選擇性吸附和分離。吸附材料除需具備良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性外，還需要對鈾酰離子具有高選擇性、高吸附容量、高吸附速率、滿足多次循環(huán)使用等要求。以偕胺肟基團(tuán)(H₂N-C＝N-OH)修飾的功能高分子材料，由于偕胺肟基能與海水中鈾酰離子螯合，被認(rèn)為是較佳的海水提鈾用吸附材料之一。

在目前的研究中，靜電紡絲技術(shù)是最主要的一種微納米纖維材料的制備方法，在已公開的文獻(xiàn)中，有人通過靜電紡絲工藝將聚丙烯腈納米纖維在高分子無紡布上沉積并進(jìn)一步胺肟化改性即獲得可用于海水提鈾的偕胺肟化聚丙烯腈纖維薄膜吸附材料。但聚丙烯腈納米纖維經(jīng)過胺肟化改性后收縮非常嚴(yán)重，甚至脆斷或粉末化，失去纖維的特性。同時。靜電紡絲工藝需要在噴射裝置和接收裝置之間施加上萬伏的高壓靜電場，使紡絲液在噴嘴錐體端部形成射流，并在電場中被拉伸，最終在接收裝置上形成微納米纖維。在實際操作過程中，紡絲液黏度、傳導(dǎo)性、介電常數(shù)、噴嘴形狀口徑、接收距離、接收裝置成分、表面形態(tài)，高壓電場力及環(huán)境等眾多變化參數(shù)均對穩(wěn)定得到微納米纖維起著重要影響，增加了其在規(guī)模化應(yīng)用開發(fā)中的復(fù)雜性和生產(chǎn)成本。一方面，基于靜電場擊穿和牽引原理本身的限制，微納米纖維的孔隙度、尺寸均勻和收集厚度等性能受到限制，另一方面，高壓靜電場的生產(chǎn)配套，難以大規(guī)模和低成本的制備該材料，并存在一定的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于海水提鈾的納米纖維材料的制備方法，解決了現(xiàn)有制備方法中存在高壓電場難以控制，設(shè)備成本高等問題，解決了先制備聚丙烯腈納米纖維，后胺肟化改性導(dǎo)致的納米纖維嚴(yán)重收縮、脆斷等問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：一種用于海水提鈾的納米纖維材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將聚丙烯腈偕胺肟化處理后得到紡絲用的偕胺肟化聚丙烯腈溶液；

(2)利用平行壓縮氣流將步驟(1)的偕胺肟化聚丙烯腈溶液從微孔噴頭吹拉為納米纖維材料，后用接收裝置收集；

所述偕胺肟化聚丙烯腈的溶液重量濃度為5wt％-20wt％。

優(yōu)選地，步驟(1)中，把8-20g鹽酸羥胺加入到含45g DMF或DMSO的燒瓶中，磁力攪拌至完全溶解，然后加入3-15g氫氧化鈉粉末，常溫劇烈攪拌30分鐘，加入5-25g聚丙烯腈原料粉末，密封后在75℃恒溫水浴中反應(yīng)12-48小時，冷卻后以轉(zhuǎn)速10000-30000r/min離心，后收集偕胺肟化聚丙烯腈溶液。