[发明专利]一种亲水性偕胺肟功能化多孔光子晶体材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种亲水性偕胺肟功能化多孔光子晶体材料及其制备方法与应用。所述材料为多孔聚合物水凝胶，所述多孔聚合物水凝胶呈光子晶体结构且所述多孔聚合物水凝胶中的聚合物上带有偕胺肟基、酰胺基和羧基。本发明方案的材料可同时用于高效去除和检测铀酰离子(UO₂²⁺)，各基团及结构协同使得该材料的最大实际吸附容量可达2.52mmol/g以上；通过记录光子晶体水凝胶衍射波长位移或观察其颜色变化，即可轻松实现对铀酰离子的灵敏和选择性检测，其检测限可低至10nM以下，几乎不受共离子的干扰，铀去除率可达99.91％以上；同时，该材料还具有良好的再生性能，在水污染控制方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种亲水性偕胺肟功能化多孔光子晶体材料及其制备方法与应用。

背景技术

铀是核工业的关键原料，其对我国工业、国防及科技发展都有着重要意义。然而，铀矿开采、核废料的排放和核事故，不可避免地出现铀被释放到生态环境中。铀具有放射性和化学毒性，可以通过食物链在生物体中富集，导致DNA损伤或严重疾病。因此，检测和去除水体中的铀具有重要意义。

相关技术中，科研工作者们开发了多种功能材料用于铀的去除或检测，如多孔无机材料、无定形多孔有机聚合物、金属有机骨架等，然而这些材料对铀的去除能力有限或仅能实现检测或去除铀。近年来，部分科研工作者研发了一种完全偕胺肟化的纳米纤维吸附剂，该材料可一定程度提高海水中铀的提取，同时，然而该材料需要通过接枝反应制备得到，制备条件较为严苛且需对接枝效率的有限控制，使得其工业应用前景不佳。因此，开发一种铀去除效果好且易于制备的新型功能化材料具有重要意义。

本背景技术中所陈述内容并不代表承认其属于已公开的现有技术。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种亲水性偕胺肟功能化材料，该材料具有良好的铀去除效果且易于制备。

本发明还提出上述材料的制备方法。

本发明还提出上述材料的应用。

根据本发明的一个方面，提出了亲水性偕胺肟功能化材料，所述材料为多孔聚合物水凝胶，所述多孔聚合物水凝胶呈光子晶体结构且所述多孔聚合物水凝胶中的聚合物上带有偕胺肟基、酰胺基和羧基。

根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：本发明方案的材料可同时用于高效去除和检测铀酰离子(UO₂²⁺)，该材料上的偕胺肟配体提供了特定的UO₂²⁺结合位点，亲水性改性处理，对目标离子的吸附容量显著增强；多孔光子晶体结构具有多孔结构、较大的比表面积，也极大地提高了离子渗透率，各基团及结构协同使得该材料的最大实际吸附容量可达2.52mmol/g以上(理论吸附量可达2.61mmol/g)；通过记录光子晶体水凝胶衍射波长位移或观察其颜色变化，即可轻松实现对铀酰离子的灵敏和选择性检测，其检测限可低至10nM以下，几乎不受共离子的干扰，铀去除率可达99.91％以上；同时，该材料还具有良好的再生性能，在水污染控制方面具有广阔的应用前景。

在本发明的一些实施方式中，所述聚合物中包含如下结构单元：

其中，n1、n2和n3分别独立为自然数。

在本发明的一些实施方式中，所述材料的制备原料包括如下成分：单分散二氧化硅微球、刻蚀剂、凝胶预聚液、盐酸羟胺和N，N，N'，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，所述凝胶预聚液中含有丙烯酰胺、丙烯腈、交联剂和光引发剂；优选地，所述交联剂包括N，N′-亚甲基双丙烯酰胺(BisAA)和聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)中至少一种；更优选地，所述光引发剂选自2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙酮(HMPP)。