[发明专利]一种海水提铀用有序片层聚偕胺肟基氧化石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种海水提铀用有序片层聚偕胺肟基氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括将聚偕胺肟碱性溶液和氧化石墨烯水溶液混合并在室温下搅拌均匀得到聚偕胺肟氧化石墨烯混合溶液；后取聚偕胺肟氧化石墨烯混合溶液注入模具并使混合溶液液面位于液氮上方进行第一次冷冻，后置于冷冻干燥机冷阱中进行第二次冷冻，最后干燥得到有序片层聚偕胺肟基氧化石墨烯复合材料，所用氧化石墨烯与聚偕胺肟的质量比为5‑15：85‑95。本发明方法利用氧化石墨烯与偕胺肟之间的超分子作用自组装形成片层状有序大孔结构，使该复合材料具有超高的亲水性和透水性，从而具有优异的铀吸附效率和铀吸附选择性。

技术领域

本发明涉及新型材料制备领域，尤其涉及一种海水提铀用有序片层聚偕胺肟基氧化石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

海水中蕴藏大量的铀资源，铀元素总储备量达42.9亿吨，是陆地储量的近1000倍。但由于海水中铀的浓度极低(3.3μg/L)，铀通常以非常稳定的碳酸铀酰离子存在，且海水中存在的其它金属离子的浓度远远高于铀酰离子的浓度，因此从海水中提取铀用于核燃料难度很大。吸附法是目前研究最多的方法之一，但是一些吸附材料如金属有机框架、纳米碳材料存在吸附效率低、水稳定性差、成本高、回收困难等问题，因此制备高效、廉价、具有高选择性且耐用的铀吸附材料是实现海水提铀工业化的关键。

偕胺肟基材料对铀酰离子有很强的亲合力，即使在铀酰离子浓度极低的条件下，仍然对铀酰离子具有较强的络合作用，但由于偕胺肟基材料存在离子选择性差和吸附速率慢等缺点。中国专利CN202010304846.X公开了一种聚偕胺肟/石墨烯纳米带复合气凝胶，先利用高锰酸钾氧化法轴向切割多壁碳纳米管制成氧化石墨烯纳米带；然后加入到经充分混合的丙烯腈、过硫酸铵的混合液中，采用溶剂热聚合法初步制成聚丙烯腈/石墨烯纳米带复合水凝胶；再在碱性条件下，利用氰基和羟胺之间的反应使氰基转化为偕胺肟基团，得到聚偕胺肟/石墨烯纳米带复合水凝胶，最后经低温冷冻干燥后制成聚偕胺肟/石墨烯纳米带复合气凝胶，虽然具有一定提铀效果，但铀酰离子吸附速率慢导致提铀效果有限。另外采用接枝方法使可利用的偕胺肟基团有限导致单位面积提铀量小。

因此需要研发一种海水提铀用有序片层聚偕胺肟基氧化石墨烯复合材料，对于推动偕胺肟基材料应用于海水商业化铀提取具有重大意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于海水提铀的有序片层聚偕胺肟氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将聚偕胺肟碱性溶液和氧化石墨烯水溶液混合并在室温下搅拌均匀得到聚偕胺肟氧化石墨烯混合溶液；后取聚偕胺肟氧化石墨烯混合溶液注入模具并使混合溶液液面位于液氮上方进行第一次冷冻，后置于冷冻干燥机冷阱中进行第二次冷冻，最后干燥得到有序片层聚偕胺肟基氧化石墨烯复合材料，所述氧化石墨烯与聚偕胺肟的质量比为5-15：85-95。

优选地，第二次冷冻时间为24h，冷冻温度为-60℃。

优选地，第一次冷冻时间为10min。

优选地，聚偕胺肟氧化石墨烯混合溶液注入模具后的溶液深度为1mm。

优选地，聚偕胺肟碱性溶液由以下方法制备而得：按一定比例将盐酸羟胺、N-N二甲基甲酰胺、碳酸氢钠、氢氧化钠和聚丙烯腈充分搅拌混合后，加热反应获得偕胺肟化聚丙烯腈溶液，将偕胺肟化聚丙烯腈溶液滴入去离子水中，得到白色沉淀，真空干燥得到聚偕胺肟粉末；后将聚偕胺肟粉末完全溶解到氢氧化钠溶液中获得聚偕胺肟碱性溶液。

优选地，氢氧化钠溶液的浓度为0.15mol/L，聚偕胺肟碱性溶液浓度为50mg/mL。

优选地，盐酸羟胺和聚丙烯腈的质量比为13：10，肟化反应的温度为65℃，反应时间为36h。