[發明專利]一種基于靜電噴霧法制備的PAO/SA顆粒及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210668503.0
• 申請日: 2022-06-14
• 公開（公告）號: CN115041147B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 于凱;陳嘉禾;賈建光;陳浩;潘虹宇;蔣永豐;袁洋;潘建明;王軍鋒
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C22B3/22;C22B60/02
• 代理公司: 南京智造力知識產權代理有限公司 32382
• 代理人: 石曉花

本發明提供了一種基于靜電噴霧法制備的PAO/SA顆粒及其制備方法和應用，屬于新材料制備技術領域；在本發明中，將靜電霧化技術與提鈾技術相結合，基于電場強化作用下高效制備了尺寸可控的提鈾顆粒PAO/SA，所述PAO/SA顆粒尺寸可調可控，能夠根據不同的提鈾條件對顆粒尺寸進行精確控制，且顆粒能夠通過重力沉降快速高效回收，極大提高了材料回收效率，降低了材料回收能耗，在作為吸附劑吸附提取鈾中有著很好的應用。

技術領域

本發明屬于新材料制備技術領域，具體涉及一種基于靜電噴霧法制備的PAO/SA顆粒及其制備方法和應用。

背景技術

化石能源的過度使用大大增加了碳排放量和全球溫度，能源危機和環境污染已經成為阻礙工業發展的兩個緊迫問題。核能被認為是最有前途的未來能源之一，可以在滿足未來的能源需求的同時顯著減少溫室氣體的排放。鈾資源作為核能的原材料，對發展核電具有重要意義。陸地上的鈾儲量有限，但海洋中共有約45億噸的鈾，如果能以經濟高效的方式提取，足以滿足人類社會數千年的能源消耗。截至目前，研究者們已經開發出了一系列提取鈾的方法，包括離子交換法、電化學提取法、液體提取法和吸附法等。其中，吸附法被認為是一種經濟效益高且較成熟的方法，最有希望實現工業化提鈾。然而，海水中鈾的濃度極低(約3.3ppb)、存在多種多樣的競爭性離子和復雜的海洋環境等都增加了吸附提鈾的難度。因此，迫切需要開發一種環境友好、價格低廉、高效率且對鈾具有高選擇性的吸附劑。

目前為止，已報道的鈾吸附材料有：金屬氫氧化物、碳基吸附劑、金屬有機框架(MOFs)、共價有機框架(COFs)、多孔有機聚合物(POPs)、多孔芳烴框架(PAFs)等。在所有已報道的吸附劑中，聚偕胺肟(PAO)基材料具有選擇性好、吸附性能優異和成本低廉等優點，且偕胺肟基可以通過溫和的反應條件由腈團轉化得到，被認為是最有潛力實現工業提鈾的材料。然而，現有PAO基吸附材料大都為粉末形式，其回收通常需要高能耗的方法(如離心和膜分離等)，阻礙了PAO基吸附材料在工業化提鈾中的應用。為提高吸附劑的回收率，采用相分離和滴注法等方法制備了偕胺肟化纖維素微球、聚脲交聯海藻酸鹽氣凝膠珠、殼聚糖管狀納米復合微球、偕胺肟化聚丙烯腈/海藻酸鹽水凝膠珠等。雖然這些微球可以通過重力沉降被輕易回收，但顆粒的制備效率較低，且球體尺寸大、表面積小、吸附性能較差。因此，高效制備尺寸可控的顆粒，在高效提鈾的同時實現材料的便捷回收仍然是一個巨大的挑戰。

電流體霧化(EHDA)是指流體在電場中的霧化，能夠高效產生大小可控的均勻液滴(范圍從亞微米到毫米)，在藥物輸送、噴墨打印和功能粒子制備等方面有廣泛的應用。通過改變施加電壓，可以觀察到各種EHDA模式：包括滴狀模式、微滴模式、振蕩微滴模式和紡錘模式等。在滴狀模式和微滴模式的范圍內，隨著電壓的增加液滴尺寸逐漸減少、液滴的產生頻率逐漸增大。在滴狀模式下，液滴的極限尺寸可以接近毛細管噴嘴的外徑(D_o)，直到電壓達到一個臨界值，將EHDA模式從滴狀模式轉變為微滴模式。在微滴模式下，液滴的尺寸將急劇減小(在0.05D_o到0.85D_o的范圍內)，同時液滴的產生頻率也將激增。因此，微滴模式在高效產生液滴的同時，能夠將液滴尺寸控制在理想范圍內，適合于顆粒的大規模工業制備。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種基于靜電噴霧法制備的PAO/SA顆粒及其制備方法和應用。在本發明中，將靜電霧化技術與提鈾技術相結合，基于電場強化作用下高效制備了尺寸可控的提鈾顆粒PAO/SA，所述PAO/SA顆粒尺寸可調可控，能夠根據不同的提鈾條件對顆粒尺寸進行精確控制，且顆粒能夠通過重力沉降快速高效回收，極大提高了材料回收效率，降低了材料回收能耗，在作為吸附劑吸附提取鈾中有著很好的應用。

本發明中首先提供了一種基于靜電噴霧法制備的PAO/SA顆粒，所述PAO/SA顆粒表面呈褶皺狀，內部為中空結構，且殼體存在相互貫穿的納米孔狀結構；所述PAO/SA顆粒以Ca²⁺和Cu²⁺為離子交聯劑，交聯不同的高分子鏈；所述PAO/SA顆粒的尺寸在10mm-0.05mm之間進行調控。