[发明专利]一种用于海水提铀的纳米纤维材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于海水提铀的纳米纤维材料的制备方法，包括以下步骤：将聚丙烯腈偕胺肟化处理后得到偕胺肟化聚丙烯腈；利用压缩气流将偕胺肟化聚丙烯腈溶液吹拉为纳米纤维，后用接收装置收集；偕胺肟化聚丙烯腈的溶液浓度为5wt％‑20wt％。采用本发明提供的的制备方法，条件温和、过程简便、成本低廉，克服了先制备聚丙烯腈纤维再胺肟化改性所导致的纤维严重收缩、脆断等问题，克服了熔喷工艺中复杂的高温熔融加热组件及其高能耗缺陷，同时克服了静电纺丝工艺中高压电场组件及其参数难以控制缺陷，不受收集装置的限制，易于规模化生产。通过控制溶液浓度和工艺参数，提高其比表面积，增加吸附位点和扩散速率，从而获得高吸附性的海水提铀纳米纤维材料。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，尤其涉及一种用于海水提铀的纳米纤维材料及其制备方法。

背景技术

铀是核工业赖以发展的基础和战略资源，对我国核电、核能发展以及国防安全具有非常重要的作用。然而我国陆地铀资源匮乏，铀燃料的自给存在严重缺口，对保障国家能源安全，维护经济稳定存在着不利影响。而海洋是一个巨大的铀的储存库，铀在海水中总含量高达45亿吨，是陆地铀储量的数千倍。但是，海水中铀的浓度极低，仅为约3.3μg/L，且众多共存的金属离子含量远高于铀酰离子，因此必须使用恰当的方法才能有效提取或富集海水中的铀资源。

在众多的海水提铀方法中，吸附法因具有操作简单、易于规模化、吸附效率和选择性提升空间大等优点，其核心是吸附材料对杂离子海水体系中超低浓度铀的快速选择性吸附和分离。吸附材料除需具备良好的物理化学稳定性外，还需要对铀酰离子具有高选择性、高吸附容量、高吸附速率、满足多次循环使用等要求。以偕胺肟基团(H₂N-C＝N-OH)修饰的功能高分子材料，由于偕胺肟基能与海水中铀酰离子螯合，被认为是较佳的海水提铀用吸附材料之一。

在目前的研究中，静电纺丝技术是最主要的一种微纳米纤维材料的制备方法，在已公开的文献中，有人通过静电纺丝工艺将聚丙烯腈纳米纤维在高分子无纺布上沉积并进一步胺肟化改性即获得可用于海水提铀的偕胺肟化聚丙烯腈纤维薄膜吸附材料。但聚丙烯腈纳米纤维经过胺肟化改性后收缩非常严重，甚至脆断或粉末化，失去纤维的特性。同时。静电纺丝工艺需要在喷射装置和接收装置之间施加上万伏的高压静电场，使纺丝液在喷嘴锥体端部形成射流，并在电场中被拉伸，最终在接收装置上形成微纳米纤维。在实际操作过程中，纺丝液黏度、传导性、介电常数、喷嘴形状口径、接收距离、接收装置成分、表面形态，高压电场力及环境等众多变化参数均对稳定得到微纳米纤维起着重要影响，增加了其在规模化应用开发中的复杂性和生产成本。一方面，基于静电场击穿和牵引原理本身的限制，微纳米纤维的孔隙度、尺寸均匀和收集厚度等性能受到限制，另一方面，高压静电场的生产配套，难以大规模和低成本的制备该材料，并存在一定的安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于海水提铀的纳米纤维材料的制备方法，解决了现有制备方法中存在高压电场难以控制，设备成本高等问题，解决了先制备聚丙烯腈纳米纤维，后胺肟化改性导致的纳米纤维严重收缩、脆断等问题。

本发明采用的技术手段如下：一种用于海水提铀的纳米纤维材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚丙烯腈偕胺肟化处理后得到纺丝用的偕胺肟化聚丙烯腈溶液；

(2)利用平行压缩气流将步骤(1)的偕胺肟化聚丙烯腈溶液从微孔喷头吹拉为纳米纤维材料，后用接收装置收集；

所述偕胺肟化聚丙烯腈的溶液重量浓度为5wt％-20wt％。

优选地，步骤(1)中，把8-20g盐酸羟胺加入到含45g DMF或DMSO的烧瓶中，磁力搅拌至完全溶解，然后加入3-15g氢氧化钠粉末，常温剧烈搅拌30分钟，加入5-25g聚丙烯腈原料粉末，密封后在75℃恒温水浴中反应12-48小时，冷却后以转速10000-30000r/min离心，后收集偕胺肟化聚丙烯腈溶液。