[发明专利]一种海水提铀用螯合纤维吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海水提铀用吸附剂及其制备方法，尤其涉及一种海水提铀用螯合纤维吸附剂及其制备方法。

背景技术

近年来世界范围内核能发电快速发展，对核燃料铀的需求快速增加，按照现在的消耗速度陆地上适合开采的铀矿只够用几十年。海水中铀储量巨大，约有40亿吨，是陆地储量的4000倍。但是海水中铀的浓度很低，只有3ppb，必须用吸附材料对铀进行富集才能实现“海水提铀”。海水提铀用吸附材料很多，最有应用潜力的是高分子基吸附材料，它们通常含有偕胺肟等螯合基团，可选择吸附海水中的铀酰离子，高分子纤维、薄膜等大比表面高分子材料，最适合作为功能吸附材料。

用吸附剂进行海水提铀时，首先将吸附剂放置到合适的海域进行长时间吸附(通常为几个月)，然后将吸附剂从海水中收集并进行一系列化学脱附程序，以获得富含铀的浓缩液并还原吸附剂。理想的吸附剂不仅具有良好吸附铀的吸附量和选择性，还应该具有较好的机械强度，能够经受吸附、脱附处理过程，并能重复使用多次。常用的高分子螯合吸附剂往往具有较好的吸附、脱附性能，但是力学强度不够，并且不能长时间、多次反复使用。

发明内容

本发明为了解决现有技术中海水提铀用吸附剂力学性能差、重复使用性能差的问题，提供了一种海水提铀用螯合纤维吸附剂及其制备方法，具体采用以下技术方案：

本发明提供了一种海水提铀用螯合纤维吸附剂的制备方法，包括下述步骤：(1)将超高分子量聚乙烯纤维进行辐照处理，所述辐照源为钴源或电子束；(2)将辐照后的超高分子量聚乙烯纤维与含有接枝单体的溶液混合通过接枝聚合反应获得接枝聚丙烯腈改性纤维，所述接枝单体为纯丙烯腈，或丙烯酸与丙烯腈的混合单体，所述丙烯酸与丙烯腈的混合单体中丙烯酸与丙烯腈的摩尔含量比小于等于1∶2；(3)将接枝聚丙烯腈纤维进行胺肟化反应，使氰基转化为偕胺肟基，制得螯合纤维吸附剂。

因为丙烯腈难反应，丙烯酸容易反应，丙烯酸的比例太大，将很难有效的引入丙烯腈。所述丙烯酸与丙烯腈的混合单体中丙烯酸与丙烯腈的摩尔含量比优选小于等于1∶4。

步骤(2)中，所述接枝聚合反应以使纤维达到一定接枝率为目的，聚丙烯腈组分的接枝率为5～200％，针对螯合纤维的吸附条件，较佳的范围为20～100％。

其中，步骤(3)中所述的反应目的是使接枝在UHMWPE纤维上的聚丙烯腈中氰基(-CN)尽可能完全转会为偕胺肟基(-C(NH₂)＝N-OH)。常用的方法如下：接枝后的纤维置于盐酸羟胺和无水碳酸钠的水溶液内，盐酸羟胺和无水碳酸钠的摩尔比为1∶0.5，保持盐酸羟胺的摩尔分数较纤维中氰基的摩尔分数过量，用碳酸钠水溶液调节pH值6～7，在温度为60～80℃进行肟胺化反应3～5小时，反应之后取出，用蒸馏水洗涤并烘干，洗涤和烘干的条件和方法为本领域常规的条件和方法。

步骤(1)中所述的辐照按下述任一种方式进行：①当所述的辐射源为钴源时，将所述的超高分子量聚乙烯纤维置于钴源内进行辐照处理；所述辐照的剂量率为0.01～10kGy/h，所述辐照的剂量为0.1～100kGy；②当所述的辐射源为电子束时，将所述的超高分子量聚乙烯纤维通过电子束进行辐照处理；所述辐照的剂量率为1～100kGy/s，所述辐照的剂量为5～100kGy。

所述辐照的温度和气氛为本领域的常规辐照温度和气氛；所述的辐照温度为室温；所述辐照的气氛为空气气氛、惰性气氛、氧气和真空中的任一种。

在所述的辐照前对所述的超高分子量聚乙烯纤维进行清洗处理，目的是除去纤维表面的浆料，促进接枝聚合反应。所述的清洗的步骤为：将所述的超高分子量聚乙烯纤维置于正庚烷中浸泡1～8小时，再用丙酮冲洗，烘干。

按本领域常识，所述的辐照后的超高分子量聚乙烯纤维可以根据需要储存一定时间，待使用时取出进行所述的接枝聚合反应。

为实现接枝率要求，步骤(2)中所述溶液中的接枝单体浓度为20～100wt％；所述接枝聚合反应的温度为30～80℃，较佳地为40～70℃。

所述接枝聚合反应的时间为2～24小时，较佳的接枝聚合反应时间为3～6小时。所述溶液的溶剂为甲醇、水、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)中的一种或多种。

所述的溶液中还可含有阻聚剂，所述阻聚剂优选为1.0×10^-4～2.0×10^-3mol/L的莫尔盐。

本发明还提供了一种由上述制备方法获得的海水提铀用螯合纤维吸附剂。