[发明专利]一种二甘酰胺酸功能化三维石墨烯及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二甘酰胺酸功能化三维石墨烯及其制备方法和应用。其制备方法包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯和二乙烯三胺混合，然后加入催化剂，在保护气体氛围中反应，得GO‑DETA；(2)将GO‑DETA溶解，加入二甘醇酐，在保护氛围的条件下搅拌24～48h，过滤，收集固相产物，然后真空干燥；(3)将步骤(2)所得产物溶解，冷冻24～36h，然后冷冻干燥36～48h即可。本发明制备得到的材料具有多孔结构，比表面积大，含有丰富氮，氧等元素，以及羧基和酰胺基团，有利于提高对铀的吸附量和选择性，同时具备吸附速率快等特点。

技术领域

本发明属于放射性元素的分离与富集技术领域，具体涉及一种二甘酰胺酸功能化三维石墨烯及其制备方法和应用。

背景技术

铀既是重要的核燃料，也是潜在的放射性污染物。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。

大量的放射性废水带来了严重的环境问题，如铀矿的开采、核燃料制造废水、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，如何减少废水中铀的放射性危害，同时有效的回收利用昂贵且有限的铀资源，已经成为制约铀工业可持续发展的难题。因此，从不同含铀水相介质中高效分离、富集铀，对实现核能可持续发展以及环境保护均具有十分重要的意义。

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、反向渗透和吸附法等，其中，吸附法具有材料来源广泛、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。吸附剂，总体上可以分为无机吸附剂，有机吸附剂和生物吸附材料三大类。近年来人们常用的无机附剂有粘土、介孔大孔无机材料、碳基材料等，有机吸附剂有偕胺肟类、壳聚糖、纤维素等。

其中，碳基材料因其孔结构丰富、抗辐射性、热稳定性、耐酸性优良和环境友好等优点，成为该领域研究的热点。石墨烯除具有碳质材料的许多优点外，由于其纳米尺寸使这种材料比普通碳质材料如活性炭、水热碳等有更大的比表面积和更多的表面原子，例如：用经典Hummer法制备的氧化石墨烯(GO)，其表面含有像羧基、羟基、羰基以及环氧基等大量高活性的含氧官能团。这些含氧官能团作为吸附反应的活性位点，可以在吸附的反应过程中与重金属离子很好的结合。因此，氧化石墨对重金属离子具有较好的去除效果。而且其表面很容易被功能化修饰，引入的基团(如氮，氨基的官能团)可增强材料表面的亲水性和材料与铀离子的物理化学作用，另外，可以通过简单冷冻干燥，可得到多孔三维石墨烯基材料，进一步提高材料对铀离子吸附性能等优点，因而在作为吸附材料方面有着广阔的应用前景。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种二甘酰胺酸功能化三维石墨烯及其制备方法和应用，制备得到的产品具有多孔结构，比表面积大，对铀的具有高的吸附量和好的选择性，同时具备重复使用性好，吸附速率快等特点。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种二甘酰胺酸功能化三维石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯和二乙烯三胺混合，然后加入催化剂，在保护气体氛围中，于70～80℃反应8～12h，冷却至室温后，离心并洗涤所得固相产物，然后50～80℃真空干燥，得GO-DETA；

其中，所述氧化石墨烯和二乙烯三胺的重量比为10:1～5:1；催化剂与二乙烯三胺的重量比为1:2～1:1；

(2)将GO-DETA溶解，超声分散2～5h后，加入二甘醇酐，于60～90℃，保护氛围的条件下搅拌24～48h，过滤，收集固相产物，然后在50～60℃真空干燥36～48h；其中，所述GO-DETA与二甘醇酐的重量比为1:1～2:1；

(3)将步骤(2)所得产物溶解，于-5～0℃冷冻24～36h后，再在-50～-40℃冷冻干燥36～48h即可。

其合成过程为：