[發明專利]一種親水性偕胺肟功能化多孔光子晶體材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202111164717.6
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113797901A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 肖福兵;杜文芳;李紅;劉潔;楊勝園;李樂
• 申請（專利權）人: 南華大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C08F290/06;C08F220/48;C08F220/56;C08F222/38;C08F2/48;G21F9/12;G01N21/78
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 肖云

本發明公開了一種親水性偕胺肟功能化多孔光子晶體材料及其制備方法與應用。所述材料為多孔聚合物水凝膠，所述多孔聚合物水凝膠呈光子晶體結構且所述多孔聚合物水凝膠中的聚合物上帶有偕胺肟基、酰胺基和羧基。本發明方案的材料可同時用于高效去除和檢測鈾酰離子(UO₂²⁺)，各基團及結構協同使得該材料的最大實際吸附容量可達2.52mmol/g以上；通過記錄光子晶體水凝膠衍射波長位移或觀察其顏色變化，即可輕松實現對鈾酰離子的靈敏和選擇性檢測，其檢測限可低至10nM以下，幾乎不受共離子的干擾，鈾去除率可達99.91％以上；同時，該材料還具有良好的再生性能，在水污染控制方面具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于功能材料技術領域，具體涉及一種親水性偕胺肟功能化多孔光子晶體材料及其制備方法與應用。

背景技術

鈾是核工業的關鍵原料，其對我國工業、國防及科技發展都有著重要意義。然而，鈾礦開采、核廢料的排放和核事故，不可避免地出現鈾被釋放到生態環境中。鈾具有放射性和化學毒性，可以通過食物鏈在生物體中富集，導致DNA損傷或嚴重疾病。因此，檢測和去除水體中的鈾具有重要意義。

相關技術中，科研工作者們開發了多種功能材料用于鈾的去除或檢測，如多孔無機材料、無定形多孔有機聚合物、金屬有機骨架等，然而這些材料對鈾的去除能力有限或僅能實現檢測或去除鈾。近年來，部分科研工作者研發了一種完全偕胺肟化的納米纖維吸附劑，該材料可一定程度提高海水中鈾的提取，同時，然而該材料需要通過接枝反應制備得到，制備條件較為嚴苛且需對接枝效率的有限控制，使得其工業應用前景不佳。因此，開發一種鈾去除效果好且易于制備的新型功能化材料具有重要意義。

本背景技術中所陳述內容并不代表承認其屬于已公開的現有技術。

發明內容

本發明旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種親水性偕胺肟功能化材料，該材料具有良好的鈾去除效果且易于制備。

本發明還提出上述材料的制備方法。

本發明還提出上述材料的應用。

根據本發明的一個方面，提出了親水性偕胺肟功能化材料，所述材料為多孔聚合物水凝膠，所述多孔聚合物水凝膠呈光子晶體結構且所述多孔聚合物水凝膠中的聚合物上帶有偕胺肟基、酰胺基和羧基。

根據本發明的一種優選的實施方式，至少具有以下有益效果：本發明方案的材料可同時用于高效去除和檢測鈾酰離子(UO₂²⁺)，該材料上的偕胺肟配體提供了特定的UO₂²⁺結合位點，親水性改性處理，對目標離子的吸附容量顯著增強；多孔光子晶體結構具有多孔結構、較大的比表面積，也極大地提高了離子滲透率，各基團及結構協同使得該材料的最大實際吸附容量可達2.52mmol/g以上(理論吸附量可達2.61mmol/g)；通過記錄光子晶體水凝膠衍射波長位移或觀察其顏色變化，即可輕松實現對鈾酰離子的靈敏和選擇性檢測，其檢測限可低至10nM以下，幾乎不受共離子的干擾，鈾去除率可達99.91％以上；同時，該材料還具有良好的再生性能，在水污染控制方面具有廣闊的應用前景。

在本發明的一些實施方式中，所述聚合物中包含如下結構單元：

其中，n1、n2和n3分別獨立為自然數。

在本發明的一些實施方式中，所述材料的制備原料包括如下成分：單分散二氧化硅微球、刻蝕劑、凝膠預聚液、鹽酸羥胺和N，N，N'，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，所述凝膠預聚液中含有丙烯酰胺、丙烯腈、交聯劑和光引發劑；優選地，所述交聯劑包括N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺(BisAA)和聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)中至少一種；更優選地，所述光引發劑選自2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙酮(HMPP)。