[发明专利]一种纳米硅酸盐矿物-聚偕胺肟双网络水凝胶吸附材料及其制备和在海水中铀富集中的应用

说明书

本发明公开了一种纳米硅酸盐矿物‑聚偕胺肟双网络水凝胶吸附材料及其制备和在海水中铀富集中的应用。双网络水凝胶由聚偕胺肟及纳米硅酸盐矿物均匀分散在明胶‑纳米纤维素复合水凝胶的双交联网络中构成，其制备方法是将聚偕胺肟、明胶、亲水性纳米硅酸盐矿物、纳米纤维素和湿强剂在溶液体系中进行热聚反应，即得。该双网络水凝胶吸附材料对低浓度铀酰根离子具有极强富集能力和高选择性，且稳定性好，具有超强力学性能，在海水中可以长期稳定存在，能够循环使用，满足海水中铀富集应用要求。

技术领域

本发明涉及一种水凝胶吸附材料，特别涉及一种纳米硅酸盐矿物-聚偕胺肟双网络水凝胶吸附材料，还涉及双网络水凝胶吸附材料的制备方法和在海水中铀富集吸附方面的应用，属于海水中的铀富集技术领域。

背景技术

我国是能量消耗大国，随着科技发展，核能的应用及研发被广泛认识并研究，核能现下已成为重要的战略发展资源。核能对科技发展有很大的推进作用，铀作为核燃料的主要原料之一，需求量也是日益渐增。天然铀资源广泛存在于矿石和海水中，陆地探明的铀矿总量不超过500万吨，而海水中约含有45亿吨的铀，因此可以认为海水中的铀资源是取之不尽用之不竭的。目前对海水中铀资源的开发少之又少，而核电站的建立需消耗大量物资，铀资源的开发迫在眉睫，从海水中对铀进行富集也将成为提供铀原料的主要途径，因此具有较大的开发及应用价值。

目前从海水中富集铀的技术方法有膜分离、化学沉积、吸附、离子交换、溶剂萃取、电沉积等，其中，由于吸附法效率高、过程简单、成本低廉，故大多采用吸附法对海水中铀资源进行富集。

海水中铀富集最常见的吸附材料的包括以下几类：

1)无机吸附剂(Davies R V,Kennedy J,Mcilroy R W,et al.1964,Keen N J,1968)，其中，报道的层状双氢氧化物复合材料在24小时后吸附容量为0.7mg/g。

2)多孔结构材料(Carboni M,Abney C W,Taylor-Pashow K M L,et al.2013)，其中，(Yue Y F,Mayes R T,Kim J,et al.2013)报道了一种不使用致孔剂的海水铀富集吸附材料。将氯化物聚合引发AN的聚合，随后转化为偕胺肟得到多孔有机吸附剂材料，该吸附在真实海水中，铀的吸附容量为1.99mg/g。(Li B,Sun Q, Zhang Y,et al.2017)公开了一种基于偕胺肟基团修饰的多孔有机聚合物，对铀的饱和吸附容量为304mg/g，该材料上的铀可以用Na₂CO₃洗脱。金属有机骨架 MOF通常具有极高的比表面积和孔隙率，(Yang W,Bai Z Q,Shi W Q,et al.2013) 提出以MOF-76和Y二级结构单元作为配位结合功能制备铀吸附材料，在铀质量浓度为140mg/L的吸附动力学实验中，吸附容量达298mg/g。(Bai Z Q,Yuan LY,Zhu L,et al.2014)报道了对Cr MOF、MIL-101进行了多种氨基的功能化改性，在铀质量浓度为100mg/L时对铀的吸附容量为350mg/g。(Bai C,Li J,Liu S,et al.2014)公开了将共价有机框架COFs用于海水提铀的研究，构成 CCOF-SCU1能够在铀浓度为0.5mmol/L，获得50mg/g的吸附容量。

3)生物材料。通过生物技术设计的特定功能蛋白质也可以用于铀的提取。(Parker B F,Knight A S,Vukovic S,et al.2016)通过组合筛选出7种不同的氨基酸衍生物，发现羧基型和丁基型的氨基酸衍生物组合的肽衍生物具有与铀酰结合的能力，利用此肽衍生物研究了与铀的配位结构。肽衍生物骨架和空间结构会影响铀的最终配位数。(KouS,Yang Z,Sun F.2017)对一种甲烷杆菌进行基因改性，表达出了铀酰结合型蛋白(SUP)，发现改性后的突变蛋白质相比原始蛋白质对铀酰离子的吸附量高了几个数量级。通过将SUP整合到水凝胶中，证明了蛋白质即使在水中对铀的提取仍然具有活性。虽然铀在海水环境中的吸附容量仅为 0.0092mg/g，但是，也说明了基因工程生物材料在海水提铀中具有可能性。