[发明专利]一种用于铀富集的纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于铀富集的纳米纤维膜及其制备方法，属于铀富集材料技术领域，所述制备方法包括以下步骤：将细菌纤维素放入氢氧化钠溶液中浸泡3h～7h进行除杂处理；除杂后的细菌纤维素放入Co(NO₃)₂·6H₂O溶液中，搅拌4h～8h后得固定Co²⁺的细菌纤维素BC‑Co²⁺；将BC‑Co²⁺放入聚偕胺肟溶液中负载吸附配体，50℃～80℃反应5min～30min，制得用于铀富集的纳米纤维膜。本发明使用Co²⁺激发的离子交联和引入细菌纤维素纳米纤维框架来构建抗生物污染和高强韧的纳米纤维膜，制备的用于铀富集的纳米纤维膜纤维直径细、机械强度高、比表面积大，亲水性好、吸铀性能好、杀菌抗污性好、使用寿命长。

技术领域

本发明属于铀富集材料技术领域，具体涉及一种用于铀富集的纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

化石燃料的使用将造成严重的环境污染，开发核能和其他清洁能源势在必行。铀是一种重要的核元素，是核工业的战略资源。但陆地上的铀资源相对稀少，只能供应100年左右。幸运的是，海洋中的铀含量大约是陆地的1000倍，高达45亿吨。然而，由于铀浓度极低、自然环境复杂、微生物系统复杂等原因，海洋中铀的提取具有挑战性。为了实现大规模开发，吸附剂需同时具有较高的机械强度、良好的吸附能力、抗污染能力和简便的生产工艺，然而，这种吸附剂却很难获得。同时，由于铀具有高的放射性，从核废水中回收铀对环境安全非常重要。因此，高性能的铀吸附剂不仅对能源战略必不可少，而且对生态安全也至关重要。

然而，海洋自然环境极其复杂，为了抵抗海洋中波浪和水流的冲击，吸附剂需要高机械强度的结构。根据材料的化学结构，常用的吸附剂大致可分为凝胶吸附剂、膜吸附剂、多孔粉体吸附剂和纤维吸附剂。其中，纤维类吸附剂由于其化学稳定性、耐腐蚀性和可重复使用性，是研究最多、最有前途的吸附剂。目前制备纤维吸附剂主要有化学改性、纤维接枝配体、静电纺丝与吹丝。但这些方法制备的纤维直径通常较大，有的甚至为微米级别，纤维的比表面积较小，不利于铀吸附性能的提高。为了增加其比表面积，通常主要采用两种策略，即构建超细纤维或多孔纤维。然而，根据以往的研究结果，上述处理工艺往往会降低纤维的机械强度，且因复杂的工艺难以实现大规模生产。

另一方面，海洋中的铀浓度很低，仅为3.3ppb，主要以[UO₂(CO₃)₃]^4-的形式存在，并且与多种高浓度干扰离子共存。因此，吸附配体的选择至关重要，是影响吸附剂性能的重要因素。在众多的配体中，偕胺肟(AO)因其对铀酰离子具有良好的亲和力和选择性而被认为是最有前途的铀吸附配体。然而，AO在纳米结构上的有效固定是AO基吸附剂面临的一个挑战。化学修饰、辐射诱导接枝(RIGP)、原子转移自由基聚合(ATRP)和离子交联已被用于实现配体与基体结构的结合。在这些方法中，通过离子交联可以简便地将偕胺肟阴离子与金属阳离子(Zn²⁺)直接形成三维网络水凝胶。而仅通过离子交联得到的凝胶易碎，机械强度低，并且不具备抗生物污染的性能。海水中微生物造成的生物污损会导致吸附剂的活性位点被占据，导致吸附剂不能长时间高效地从真实的海水中提取铀，海洋吸附剂的防污能力对铀富集是必不可少的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种机械强度高、比表面积大，吸铀性能好、杀菌抗污性能好的用于铀富集的纳米纤维膜及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于铀富集的纳米纤维膜的制备方法，它包括以下步骤：

S1.除杂：将细菌纤维素放入氢氧化钠溶液中浸泡3h～7h进行除杂处理；