[发明专利]一种碳点/聚氨酯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及碳点及碳点复合材料的制备技术领域，具体涉及一种碳点/聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。通过将中性红溶于乙二醇中搅拌混匀后在200℃条件下反应4h后，用正己烷和丙酮混合溶液离心洗涤后取上清液制得碳点溶液，然后将聚氨酯泡沫浸没在碳点溶液中静置后取出、清洗晾干得碳点/聚氨酯复合材料。本发明碳点/聚氨酯复合材料制备过程简单、环境友好、廉价易得，在用于光催化富集铀时，能够加速电子和物质的传递，进而提升其光催化性能，在反应结束后易于分离，便于后续重复使用。

技术领域

本发明涉及碳点及碳点复合材料的制备技术领域，具体涉及一种碳点/聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

能源是现代社会的发展基石，随着经济的不断进步，对能源尤其是清洁能源的需求变得越来越迫切。核电是一种清洁能源，在未来能源供应中占有重要地位。其主要燃料铀的储量直接威胁到核电的可持续发展，而我国是一个贫铀的国家，铀资源储量少、品位差。此外，铀同时具有放射毒性和重金属毒性，对环境和人体健康带来威胁。因此，寻找非常规铀源，如海水提铀、核燃料循环提铀等方式，对缓解我国铀资源短缺以及环境保护方面具有重要意义。在各种分离富集铀的方法中，光催化法是近年来新兴的一种高效方法。如果能够开发高效光催化剂，利用太阳能实现对水中铀的富集，是缓解铀资源短缺的一种简单且环保的方法。随着研究学者对光催化认识的逐渐加深，各种光催化材料层出不穷。其中碳点是一种新型的碳材料，其具有优异的光学性能和丰富的官能团，在其他领域已表现出优异的光催化性能。然而碳点尺寸小，单独使用时存在分离困难的问题，需要将其与固相材料相复合，合成碳点的复合材料便于应用。截至目前，将碳点用于铀的光催化富集的相关发明未见报导。

发明内容

基于此，本发明提供一种碳点/聚氨酯复合材料及其制备方法和应用，通过快速合成廉价易得的碳点/聚氨酯的复合材料，用于空气气氛下对含铀水溶液中铀的光催化富集，获得含铀的固相产物，实现了对铀的高效固化分离。

本发明的技术方案之一，一种碳点/聚氨酯复合材料，碳点负载在聚氨酯泡沫上，碳点在聚氨酯泡沫上的负载量为0.1-1mg/cm³，聚氨酯泡沫的孔隙率为85-98％。碳点在聚氨酯泡沫上的负载量是依赖碳点溶液浓度，浓度过高会导致不均匀等现象产生。

进一步地，所述碳点为黄色荧光的碳点，此波段荧光的碳点与铀的荧光性质接近，有助于后续的光催化反应。

本发明的技术方案之二，上述碳点/聚氨酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将聚氨酯泡沫浸没在碳点溶液中静置后取出、清洗晾干得碳点/聚氨酯复合材料。

进一步地，所述碳点溶液为采用水热法制备而成，碳点溶液的浓度为1-1000mg/L，聚氨酯泡沫的加入量和碳点溶液的质量体积比为(0.01-10)g：1L，静置时间为6-48h，晾干为自然晾干。

进一步地，所述碳点溶液的制备具体包括以下步骤：中性红溶于乙二醇中搅拌混匀后在200℃条件下反应4h后，用正己烷和丙酮混合溶液离心洗涤后取上清液即为碳点溶液。

进一步地，所述中性红和乙二醇的混合质量体积比为2.3g：60mL，正己烷和丙酮混合溶液中正己烷和丙酮的体积比为95:5。

本发明的技术方案之三，一种光催化富集含铀水溶液中铀的方法，以上述的碳点/聚氨酯复合材料作为光催化剂，空气气氛下对含铀水溶液中的铀进行富集。

进一步地，具体包括以下步骤：将碳点/聚氨酯复合材料放入含铀水溶液中，加入甲醇，暗箱搅拌混匀后打开光源进行光催化反应使含铀水溶液中的铀富集在碳点/聚氨酯复合材料上。

进一步地，碳点/聚氨酯复合材料与含铀水溶液的固液比为1g:(1-200)mL，含铀水溶液的pH值为1-10，含铀水溶液中的铀浓度为0.05-1mM，反应时间为100-300min，光源为氙灯(420nm)，甲醇的加入量为0.1-10mL。

进一步地，含铀水溶液的pH值为5。