[发明专利]一种海水提铀用磷酸功能化海绵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磷酸功能化海绵复合材料的制备方法，包括以下步骤：称取植酸钠加入水中搅拌至完全溶解获得植酸钠水溶液；将密胺海绵放入配制好的植酸钠水溶液中浸泡完全，在一定温度和压力下进行水热反应一段时间后冷却至室温；取出磷酸功能化后的密胺海绵并用去离子水洗涤至中性，真空干燥得到磷酸功能化海绵复合材料。本方法以商品化密胺海绵为材料骨架，以植酸钠水溶液为功能吸附剂，通过水热反应自组装成宏观的三维网络状海绵多孔吸附材料，工艺简单，原料来源广泛，成本低，无毒无害，易于大规模推广，且所制备的磷酸功能化海绵复合材料机械性能良好，具有大比表面积和疏松多孔结构，铀最大饱和吸附量达到537.98mg/g。

技术领域

本发明涉及新型材料领域，尤其涉及一种海水提铀用磷酸功能化海绵复合材料及其制备方法。

背景技术

铀是核工业赖以发展的战略资源，与宏伟的核能发展规划相比，我国铀燃料的自给严重不足，对保障能源安全不利。同时铀具有重金属化学毒性和放射性双重危害，世界卫生组织(WHO)确定生活用水中铀的最大污染上限为30μg/L，而铀矿工业和核工业产生的含铀水体中，铀的浓度远远超过该限定。因此从含铀水体(如天然海水、铀矿冶及核工业废水)高效富集和提取铀资源对能源和环境可持续发展具有重要意义。用于提高铀吸附剂吸附性能的两大核心策略通常为:(1)改变吸附剂表面化学基团以增加铀酰离子亲和力：通常是通过偕胺肟或者磷酸根等基团的修饰来实现；(2)增加吸附剂表面积：通过引入尽可能多的孔结构或减小吸附剂尺寸来增加比表面积，从而使单位质量的吸附剂上的吸附位点最大化。

目前的研究进展中，已有多种新型多孔功能材料如多孔有机聚合物材料(POPs)，金属有机框架材料(MOFs),共价有机框架材料(COFs),氧化石墨烯(GO)基材料、层状金属硫化物、介孔氧化硅、多孔碳材料等应用在铀吸附领域，虽然这些材料的高比表面积特性对铀吸附容量的提高具有明显优势，但以上材料一般都以微纳米颗粒或粉末状态存在，在实际使用和回收过程中存在明显的局限性。

近几年，纤维类材料也逐渐广泛用于海水提铀及其他含铀水体中铀酰离子的去除，纤维材料较好解决了使用过程中操作和回收的问题，然而高性能的纤维吸附材料往往制备过程复杂，同时存在吸附效率和机械性能难以兼顾的问题。

海绵弹性材料是一种不错的铀吸附材料体系，其多孔骨架比表面积大，如我们在前期研究中，通过在多孔结构弹性材料的三维骨架表面进行含偕胺肟化聚丙烯腈水凝胶涂层的包覆，得到了兼具力学柔韧性和高吸附容量的新型铀吸附材料(CN201810383228.1)。另外同行相关报道也公开了一种L-精氨酸改性氧化石墨烯海绵制备和铀吸附方法(CN201810342054.4)，一种含偕胺肟基的改性聚丙烯腈多孔泡沫铀吸附材料及制备方法(CN201910269877.3)，虽然具有不错的铀吸附效果，但在吸附效率、制造成本及可宏量化制造能力等方面仍然有待改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种海水提铀用磷酸功能化海绵复合材料的制备方法，解决了现有提铀材料吸附效率不高或机械强度差的问题。

本发明一方面采用一种海水提铀用磷酸功能化海绵复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S101称取植酸钠加入水中搅拌至完全溶解获得植酸钠水溶液；

S102将密胺海绵放入配制好的植酸钠水溶液中浸泡完全，在一定温度和压力下进行水热反应一段时间后冷却至室温；

S103取出磷酸功能化后的密胺海绵并用去离子水洗涤至中性，真空干燥得到磷酸功能化海绵复合材料。

优选地，S101步骤中，植酸钠水溶液的pH为4。

优选地，S101步骤中，植酸钠水溶液的质量浓度为5％。

优选地，S102步骤中，水热反应温度为95℃，压力为1.0MPa。

优选地，S102步骤中，水热反应时间为12h。