[發明專利]一種抗菌高強度超薄復合膜材料及其制備和在含鈾廢水或海水中鈾富集方面的應用

有效

• 申請號: 202110276163.2
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113144914B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 馬春新;孫燁;王寧;溫順喜;王佳文;陳琳
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: B01D69/02
• 分類號: B01D69/02;B01D69/12;B01D67/00;B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/44;C02F1/50;C02F1/28;C02F103/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發明公開了一種抗菌高強度超薄復合膜材料及其制備和在含鈾廢水或海水中鈾富集方面的應用。復合膜材料由聚丙烯偕胺肟(PAO)功能材料分散固定在由磺化纖維素納米晶(CNC)和殼聚糖季銨鹽(QCS)形成的交聯網絡中構成，其制備方法是將PAO溶液與CNC溶液混合后，再依次加入濕強劑和QCS溶液震蕩混合后通過注模、干燥成型，即得有高力學強度和廣譜抗菌性能及優異鈾吸附功能的復合膜材料，該復合膜材料對含有16ppm鈾的未過濾海水和未處理的天然海水的吸鈾能力分別達到312±17.5mg/g和9.67mg/g，其機械強度高達18.7MPa，使用壽命長，經過7次吸附?解吸循環后，仍能保持良好的鈾吸收性能，可廣泛用于海水或含鈾廢水中的鈾提取和含鈾廢水的處理。

技術領域

本發明涉及一種膜材料，具體涉及一種抗菌、高強度、超薄，以及具有鈾吸附功能的復合膜材料，還涉及其制備方法，屬于鈾資源回收技術領域。

背景技術

化石能源的使用會排放出大量的二氧化碳和其他有害氣體，這會造成溫室效應和環境污染。隨著人們環保意識的提高，核能作為一種成熟、高效的新能源，已經成為越來越重要的獲取能源的方式。但是，從陸地開采鈾礦提取鈾元素作為核燃料會造成水污染，對環境造成一定的威脅。因此，探索新型的環保型鈾吸附劑是高效開采鈾、從含鈾廢水中回收鈾的迫切需要。

目前已經開發了的多種鈾吸附劑有良好的吸鈾能力，比如多孔有機聚合物、無機氧化物/硫化物、有機-無機雜化材料、蛋白質吸附劑等。這些吸附劑有良好的吸鈾能力，但是它們大多為粉末狀材料，難以回收，特別是在復雜多變的海洋環境中。新型的蛋白質吸附劑擁有較高的鈾選擇性，但是它們的大分子量會造成總體吸鈾量低，昂貴的價格也限制了它們在實際應用中的進一步發展。偕胺肟基吸附劑可塑成多種形態(如膜、纖維、水凝膠和氣凝膠)，且因其良好的吸鈾能力和低成本得到了廣泛的關注。近年來開發的具有較大的比表面積的偕胺肟基功能化的多孔納米材料和將聚偕胺肟分散到親水基體中的材料，使偕胺肟基吸附劑的吸鈾能力一進步提高。王等(Wang,D.；Song,J.；Wen,J.；Yuan,Y.；Liu,Z.；Lin,S.；Wang, H.；Wang,H.；Zhao,S.；Zhao,X.；Fang,M.；Lei,M.；Li,B.；Wang,N.；Wang,X.；Wu,H. Significantly Enhanced Uranium Extraction from Seawater with MassProduced Fully Amidoximated Nanofiber Adsorbent.Adv.Energy Mater.2018,8(33),1802607.)利用紡絲工藝設計了一種具有高比表面積的聚亞胺二肟納米纖維吸附劑，其不但吸鈾能力高還便于回收重復使用。石等(Shi,S.；Li,B.；Qian,Y.；Mei,P.；Wang,N.Asimple and universal strategy to construct robust and anti-biofoulingamidoxime aerogels for enhanced uranium extraction fromseawater.Chem.Eng.J.2020,397,125337.)通過共價交聯構建了高表面積PAO氣凝膠，在天然海水中對鈾的吸附能力可達9.29mg/g。馬等將聚偕胺肟分散到聚丙烯酰胺中，形成了具有半互穿網絡的水凝膠膜，利用水凝膠的親水性加快鈾酰根離子的遷移速率，從而達到了提高吸鈾能力的目的。

但是，偕胺肟基吸附劑在水體中經常會被破壞，無法長期使用，尤其是在復雜惡劣的海洋環境中。不但波濤和洋流會撕裂材料，水中大量的細菌和微生物也會附著在材料表面造成吸鈾能力下降，所以我們需要材料具有高力學性能和廣譜抗菌性。盡管目前已經開發出了一些具有良好的機械強度或者表現出了良好的抗菌性的偕胺肟基吸附劑，但是設計一種同時具有優異的力學性能和抗菌性的高效的偕胺肟基吸附劑仍然是一個挑戰。

發明內容

針對現有技術中偕胺肟基吸附材料在使用過程中存在的缺陷，本發明的第一個目的是在于提供一種具有高吸鈾能力，同時還具有優秀的力學性能和廣譜抗菌性的偕胺肟基膜材料，該復合膜材料可以用于從海水或含鈾廢水中長期、高效地富集回收鈾。