[发明专利]纳米孔结构的海水提铀吸附材料及孔径调控制备方法

说明书

“纳米孔”海水提铀吸附材料及孔径调控制备方法具体涉及海水提铀吸附材料及孔径调控制备方法领域。利用三乙氧基乙烯基硅烷化学交联和丙烯腈水解反应制备偕胺肟化竹篾。以戊二醛作为交联剂，分别进行羟醛缩合和席夫碱反应制备不同支化程度氨基修饰偕胺肟化竹篾。硅烷偶联剂连接的偕胺肟基主链与不同支化程度氨基侧链通过分子内氢键在宏观竹篾材料分子水平上构筑“纳米孔”空间结构，二亚乙基三胺修饰偕胺肟化竹篾和聚乙烯亚胺修饰偕胺肟化竹篾构筑的“纳米孔”直径大于含铀化合物，小于含钒化合物，进而实现铀的特异性捕获。

技术领域

本发明涉及铀吸附材料技术领域，具体地说是“纳米孔”结构的海水提铀吸附材料及孔径调控制备方法。

背景技术

核能作为一种高能量密度的低碳能源，可以改善当今世界能源需求和环境问题。铀是扩大核燃料供应的主要元素，需求量也日益增加。海洋中铀的总储量是陆地可供应量的一千倍，高达45亿吨，为解决当前的能源危机和保证未来的铀资源供应提供可能性。因此，海水提铀被列为可改变世界的七种化学分离方法之一。然而，海洋环境复杂，特别是超低铀酰离子浓度(约3.3ppb)和大量干扰金属离子对开发高性能的吸附剂具有挑战性。

自1980年以来，偕胺肟基吸附剂已广泛应用于海水提铀领域。偕胺肟基吸附剂大致可分为聚合物材料、碳基材料、生物吸附剂、二氧化硅基材料和新型多孔材料等：1）偕胺肟基聚合物吸附剂因在海水中以高机械阻力抵抗磨损、重量轻、形状和长度的可塑性高等优势而受到广泛研究；2）碳基材料由于疏水性和缺乏特定的官能团，对铀的吸附能力通常较低，其优异物理化学性质为偕胺肟基团提供良好的负载平台；3）天然生物质材料具有亲水性、生物相容性和无毒，被广泛认为是环境友好的吸附剂；4）纯硅基材料对特定目标吸附物的选择性差，而硅基材料的有机-无机杂化体被认为是克服这一难题的突破，不仅保持无机纯硅基材料的稳定三维结构，而且拥有属于有机官能团的特定化学性质；5）多孔材料在吸附剂中一直起着举足轻重的作用。在过去的几十年中，金属-有机骨架和共价有机骨架引起广泛关注。正如预期的那样，金属-有机骨架和偕胺肟基团的协同作用使铀吸附适用于更宽的pH范围，拓宽所得吸附剂的应用领域，并显著提高金属-有机骨架对铀的负载能力和亲和力。其他一些新型的多孔有机聚合物，如多孔芳族骨架和固有微孔性聚合物，也可以作为引入偕胺肟基团的改性平台；6）考虑到经济有效性、易于合成、生物相容性或低毒性，天然粘土、合成矿物盐和环状化合物等作为偕胺肟基团的固体基质。

虽然偕胺肟基吸附材料的发展历史高达四十余年，但其发展过程的主要技术障碍是与钒离子的显著亲和力，钒离子也以低浓度（1.9 ppb）存在于海水中，低于铀酰离子，但钒离子在海水中的摩尔浓度为3.7×10^-8，是铀酰离子的2.6倍。根据之前文献报道的海洋试验结果，钒离子与铀酰离子存在激烈的竞争关系，降低偕胺肟基吸附剂对铀酰离子的吸附容量和选择性。

问题1：海水提铀过程中偕胺肟基吸附剂的选择性问题。

偕胺肟基吸附剂近几年来广受好评，但钒离子与铀酰离子存在激烈的竞争关系，在海水中的摩尔浓度是铀酰离子的2.6倍，导致偕胺肟基吸附剂发展过程的主要技术障碍是与钒离子的显著亲和力。根据之前文献报道的海洋试验结果，偕胺肟基吸附剂对于钒离子的吸附容量明显高于铀酰离子，钒离子的存在严重影响偕胺肟基吸附剂对铀酰离子的选择性和吸附性能。因此，在宏观竹篾材料上设计分子水平“纳米孔”空间结构可以改善偕胺肟基吸附剂对钒离子具有超高结合能力这一瓶颈，为实现高效和特异性捕获海水中铀酰离子起到推波助澜的作用。

问题2：宏观竹篾材料上分子水平“纳米孔”空间结构的构筑。