[發明專利]一種海水提鈾用有序片層聚偕胺肟基氧化石墨烯復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110968626.1
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113694902B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 劉濤;張若倩;王寧;陳夢偉
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C22B3/24;C22B60/02
• 代理公司: 海南盛億專利代理事務所(普通合伙) 46005
• 代理人: 吳燕梅

本發明公開了一種海水提鈾用有序片層聚偕胺肟基氧化石墨烯復合材料的制備方法，包括將聚偕胺肟堿性溶液和氧化石墨烯水溶液混合并在室溫下攪拌均勻得到聚偕胺肟氧化石墨烯混合溶液；后取聚偕胺肟氧化石墨烯混合溶液注入模具并使混合溶液液面位于液氮上方進行第一次冷凍，后置于冷凍干燥機冷阱中進行第二次冷凍，最后干燥得到有序片層聚偕胺肟基氧化石墨烯復合材料，所用氧化石墨烯與聚偕胺肟的質量比為5?15：85?95。本發明方法利用氧化石墨烯與偕胺肟之間的超分子作用自組裝形成片層狀有序大孔結構，使該復合材料具有超高的親水性和透水性，從而具有優異的鈾吸附效率和鈾吸附選擇性。

技術領域

本發明涉及新型材料制備領域，尤其涉及一種海水提鈾用有序片層聚偕胺肟基氧化石墨烯復合材料及其制備方法。

背景技術

海水中蘊藏大量的鈾資源，鈾元素總儲備量達42.9億噸，是陸地儲量的近1000倍。但由于海水中鈾的濃度極低(3.3μg/L)，鈾通常以非常穩定的碳酸鈾酰離子存在，且海水中存在的其它金屬離子的濃度遠遠高于鈾酰離子的濃度，因此從海水中提取鈾用于核燃料難度很大。吸附法是目前研究最多的方法之一，但是一些吸附材料如金屬有機框架、納米碳材料存在吸附效率低、水穩定性差、成本高、回收困難等問題，因此制備高效、廉價、具有高選擇性且耐用的鈾吸附材料是實現海水提鈾工業化的關鍵。

偕胺肟基材料對鈾酰離子有很強的親合力，即使在鈾酰離子濃度極低的條件下，仍然對鈾酰離子具有較強的絡合作用，但由于偕胺肟基材料存在離子選擇性差和吸附速率慢等缺點。中國專利CN202010304846.X公開了一種聚偕胺肟/石墨烯納米帶復合氣凝膠，先利用高錳酸鉀氧化法軸向切割多壁碳納米管制成氧化石墨烯納米帶；然后加入到經充分混合的丙烯腈、過硫酸銨的混合液中，采用溶劑熱聚合法初步制成聚丙烯腈/石墨烯納米帶復合水凝膠；再在堿性條件下，利用氰基和羥胺之間的反應使氰基轉化為偕胺肟基團，得到聚偕胺肟/石墨烯納米帶復合水凝膠，最后經低溫冷凍干燥后制成聚偕胺肟/石墨烯納米帶復合氣凝膠，雖然具有一定提鈾效果，但鈾酰離子吸附速率慢導致提鈾效果有限。另外采用接枝方法使可利用的偕胺肟基團有限導致單位面積提鈾量小。

因此需要研發一種海水提鈾用有序片層聚偕胺肟基氧化石墨烯復合材料，對于推動偕胺肟基材料應用于海水商業化鈾提取具有重大意義。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種用于海水提鈾的有序片層聚偕胺肟氧化石墨烯復合材料的制備方法，包括以下步驟：將聚偕胺肟堿性溶液和氧化石墨烯水溶液混合并在室溫下攪拌均勻得到聚偕胺肟氧化石墨烯混合溶液；后取聚偕胺肟氧化石墨烯混合溶液注入模具并使混合溶液液面位于液氮上方進行第一次冷凍，后置于冷凍干燥機冷阱中進行第二次冷凍，最后干燥得到有序片層聚偕胺肟基氧化石墨烯復合材料，所述氧化石墨烯與聚偕胺肟的質量比為5-15：85-95。

優選地，第二次冷凍時間為24h，冷凍溫度為-60℃。

優選地，第一次冷凍時間為10min。

優選地，聚偕胺肟氧化石墨烯混合溶液注入模具后的溶液深度為1mm。

優選地，聚偕胺肟堿性溶液由以下方法制備而得：按一定比例將鹽酸羥胺、N-N二甲基甲酰胺、碳酸氫鈉、氫氧化鈉和聚丙烯腈充分攪拌混合后，加熱反應獲得偕胺肟化聚丙烯腈溶液，將偕胺肟化聚丙烯腈溶液滴入去離子水中，得到白色沉淀，真空干燥得到聚偕胺肟粉末；后將聚偕胺肟粉末完全溶解到氫氧化鈉溶液中獲得聚偕胺肟堿性溶液。

優選地，氫氧化鈉溶液的濃度為0.15mol/L，聚偕胺肟堿性溶液濃度為50mg/mL。

優選地，鹽酸羥胺和聚丙烯腈的質量比為13：10，肟化反應的溫度為65℃，反應時間為36h。