[发明专利]一种氨基化磁性聚膦腈吸附剂及制备和分离与富集铀的方法

说明书

本发明涉及一种氨基化磁性聚膦腈吸附剂的可控制备及分离与富集铀的方法，其特征在于由纳米碳材料和聚膦腈材料通过超声技术形成吸附剂载物，吸附剂载物再与磁性粒子相结合，通过改变反应条件控制备出不同结构和形貌的氨基化磁性聚膦腈吸附剂，反应条件包括单体浓度、反应温度、反应时间和超声功率。本发明磁材料因其易于快速分离回收、比表面积大、活性高、周期短、准确性高、成本低、操作简便且不受自然温度影响等优点，弥补了传统吸附剂在吸附体系中吸附后无法进行快速固液分离、回收及重复利用的缺陷，使得在处理铀废水时速度快、效率高。该方法可应用于含铀废水治理、铀资源再利用、海水提铀等领域中铀的分离与富集。

技术领域

本发明涉及一种氨基化磁性聚膦腈吸附剂的可控制备及分离与富集铀的方法。

背景技术

随着全球核能工业的发展，铀需求量急剧增加，从涉铀工艺流程产生的含铀废水中回收铀，可充分利用有限的铀资源，满足可持续发展的要求。另一方面大量的放射性废水带来了相当大的环境问题，如核燃料制造废水、铀矿的开采、反应堆燃料的后处理废水以及反应堆运行废水等。放射性废水以其高危害、长时效以及难处置等特点，成为一大难题。由此可见，无论是从水中回收微量的铀以提高铀资源的利用率，或是减小放射性废水对环境的危害，都必须对水溶液中的铀进行分离和富集。目前常用的分离富集方法有化学沉淀、离子交换、溶剂萃取、过滤和反向渗透法，与这些方法相比，吸附法有材料来源广泛、成本低廉、选择性高、速率快和容量大等优点，成为从环境中分离富集铀最有效和最常用的方法。

如本申请人及主要发明人之一袁定重申请的，CN201510028794.7《一种聚酰胺胺功能化磁性聚合物微球吸附剂及制备与处理含铀废水的方法》，它包括由以下原料制备而成：环氧基磁性聚合物微球Fe₃O₄/P(GMA-AA-EGDMA)，乙二胺，丙烯酸甲酯。具体步骤为：(1)含环氧基团的磁性聚合物微球的制备；(2)聚酰胺胺功能化的磁性聚合物微球吸附剂的合成；(3)磁性聚合物微球吸附剂对含铀废水中的铀的吸附试验。该发明制备路线简捷、易操作；在处理含铀废水时具有吸附能力强，吸附量大和吸附速度快等优点，且易于从水溶液中分离，可重复使用，能够有效地吸附并回收水溶液中的铀离子。

CN201610095125.6《一种含磷氧官能团的介孔螯合树脂及分离与富集铀的方法》，将1～5g有机交联剂，1～5g含磷氧官能团的不饱和化合物和0.02～0.08g偶氮二异丁腈加入到1～10mL有机溶剂中，25℃下搅拌1～3h，将上述溶液加入到水热反应釜，100℃下反应24h，取出，开釜，经旋转蒸发去有机溶剂，45℃下真空干燥12～24h，即可得到含磷氧官能团的介孔螯合树脂，所述的质量数与体积数成比例调整。该发明合成路线简捷、易操作。同时本发明所得的吸附剂在高酸度下分离与富集铀时具有吸附能力强、吸附量大和吸附速度快等优点，且易于从水溶液中分离，能够有效地吸附并回收水溶液中的铀酰离子。

近年来以碳材料为原料制备的吸附剂逐步被用于吸附放射性污水中的铀，例如活性碳，碳纳米材料和碳纤维，石墨烯等。这是因为碳材料具有优于有机交换树脂更高热稳定性以及优于其他无机吸附剂的酸碱稳定性，同时还具有优良的抗辐射，可望用于处理放射性废液。相对于其他无机材料而言，碳材料更易进行表面处理，可以通过简单的物理或化学改性等处理手段改善材料的理化性能，从而提高材料的离子选择性与吸附容量，例如碳纳米管和石墨烯。

吸附剂的吸附能力与吸附剂表面可与金属离子结合的官能团数量和种类有关，而碳材料表面的官能团数量一般很少，因此在碳材料表面引入稳定且特殊的功能基团非常必要。近年来，越来越多的研究小组对聚膦腈及其衍生物在各应用领域表现出极大的关注，主要是因为膦腈中间体(六氯环三膦腈和聚二氯膦腈)可以通过亲核取代反应引入性能各异的有机基团，从而得到理化性质变化范围很广的材料，有效拓展聚膦腈在各领域的应用，制备功能型聚膦腈纳米材料逐渐成为膦腈化学的研究热点之一。