[发明专利]一种可自更新活性防污涂层的海水提铀吸附剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可自更新活性防污涂层的海水提铀吸附剂的制备方法，包括以下步骤：利用聚丙烯腈和六水合硝酸锌制备六水合硝酸锌‑聚丙烯腈纺丝前体溶液；在一定条件下纺丝制备六水合硝酸锌‑聚丙烯腈纤维；取六水合硝酸锌‑聚丙烯腈纤维加入2‑甲基咪唑溶液中反应获得2‑甲基咪唑锌盐多孔配位聚合物‑聚丙烯复合纤维；利用单宁酸使复合纤维交联获得交联化的2‑甲基咪唑锌盐多孔配位聚合物‑六水合硝酸锌‑聚丙烯复合纤维；最后进行肟化反应获得偕胺肟化的用于海水提铀的纳米级复合纤维材料。通过本方法制备的海水提铀吸附剂，不仅可显著提高其提铀能力，且在循环提铀使用中具有持续自更新的防海洋生物污损能力，不收缩且结构稳定。

技术领域

本发明涉及新材料制备领域，尤其涉及一种可自更新活性防污涂层的海水提铀吸附剂及其制备方法。

背景技术

从海水中提取铀对于满足核能工业对铀资源日益增长的需求至关重要。但由于天然海水环境复杂，铀浓度低(3.3ppb，μg L^-1)及海洋微生物污损严重等问题，导致提铀吸附剂未能广泛工业化应用。

金属有机框架纳米粒子掺杂的纤维材料作为提铀吸附剂之一，通常在用于海水提铀前经过改性处理如腈基肟化或碱液处理等，从而增加铀的吸附位点和改善纤维的亲水性从而促进铀的吸附。当纤维用于海水提铀时，由于海水循环流动对纤维的冲刷和纤维吸附铀后洗脱再生对纤维的破坏，改性和洗脱会同时引起纤维上金属有机框架纳米材料的大量脱落以及纤维不同程度的收缩或降解(与溶液种类、浓度、pH、处理时间、温度等因素有关)，影响纤维的表面形貌和结构强度，造成铀吸附效率和材料耐久性的严重下降。另外大量的海洋细菌会通过自身分泌的细胞外基质将菌体群落包裹其中，从而形成附着于吸附材料表面的有组织的细菌聚集体膜状物(微生物膜)，这为硅藻和大孢子提供营养和固定点，是引起海洋生物污损的重要因素之一，严重影响海水提铀材料的吸附效率。当前对于具有抗生物膜和抗藻粘附功能的纤维吸附剂材料研究较少，同时具有抗生物污损性能的海水提铀材料吸附效率普遍偏低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可自更新活性防污涂层的海水提铀吸附剂的制备方法，解决现有技术存在的问题。

本发明采用一种可自更新活性防污涂层的海水提铀吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用聚丙烯腈和六水合硝酸锌制备六水合硝酸锌-聚丙烯腈纺丝前体溶液；

(2)在一定条件下纺丝制备六水合硝酸锌-聚丙烯腈纤维；

(3)取步骤(2)的六水合硝酸锌-聚丙烯腈纤维加入含2-甲基咪唑溶液中反应获得2-甲基咪唑锌盐多孔配位聚合物-聚丙烯腈复合纤维；

(4)利用单宁酸使步骤(3)的复合纤维交联获得交联化的2-甲基咪唑锌盐多孔配位聚合物-聚丙烯腈复合纤维；

(5)将交联化的2-甲基咪唑锌盐多孔配位聚合物-聚丙烯腈复合纤维进行肟化反应获得偕胺肟化复合纤维材料。

优选地，步骤(1)的六水合硝酸锌-聚丙烯腈纺丝前体溶液由1.6g聚丙烯腈和1.0g六水合硝酸锌缓慢溶解于10mL N，N-二甲基甲酰胺中，后在室温下搅拌3h制备而得。

优选地，步骤(2)的纺丝参数为：注射器采用30G针头，以20kPa的风压、1mL/h的速度推进溶液，在40℃温度下通过旋转辊筒以390rpm的转速接收纤维，纤维接收距离为30cm。

优选地，步骤(3)具体为18mg六水合硝酸锌-聚丙烯腈纤维加入5mL含有浓度为80mg/mL的2-甲基咪唑的甲醇溶液并于室温反应12h制备而得。

优选地，步骤(4)中，将18mg步骤(3)中的2-甲基咪唑锌盐多孔配位聚合物-聚丙烯腈复合纤维静置于5g/L的单宁酸溶液中并在室温下反应5h制备而得。