亲水型偕胺肟吸附剂的ARGET-ATRP可控制备及其对铀的吸附性能

吸附剂的制备是海水提铀的关键。本文以聚氯乙烯（PVC）为基材,采用电子转移活化再生原子转移自由基聚合（ARGET-ATRP）方法在PVC上引入偕胺肟（AO）和丙烯酸叔丁酯（tBA）基团,合成了偕胺肟基纤维吸附剂（PVC-AO-tBA）。在不同温度、铀溶液浓度和pH值条件下进行了PVC-AO-tBA吸附铀的实验研究,探讨了亲水单体tBA的引入对AO吸附剂吸铀性能的影响。结果表明,在同等条件下,PVC-AO-tBA对铀的吸附量由PVC-AO的109 mg/g提高到170 mg/g;PVC-AO-tBA对酸碱度的适应范围更宽,最佳pH值由6扩展到4~6。动力学分析结果表明,吸附速率也有了明显上升。值得注意的是,在与海水酸碱度接近的弱碱性环境下,平衡吸附量由39 mg/g提高到71 mg/g,可见吸附效果得到明显提升。     

电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合法制备吸附剂及其吸铀性能

为满足我国核电事业的发展需求,从海水中提取铀尤为重要。海水中约有45亿吨铀,约是陆地铀资源的千倍。偕胺肟基对铀酰离子有很强的络合能力及较高的选择性,是良好的铀酰离子吸附官能团,因此,偕胺肟基吸附剂的制备是海水提铀的关键步骤之一。以聚氯乙烯（PVC）为基材,通过电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合（ARGET ATRP）方法合成偕胺肟基纤维吸附剂（PVC-AO）,控制丙烯腈（AN）的用量,制得不同接枝率的吸附剂,用红外光谱分析表明,腈基成功转化为偕胺肟基,用扫描电镜观察不同接枝率吸附剂的表面形貌变化,并用制得不同接枝率吸附剂开展了不同实验温度、不同初始铀酰离子浓度和不同pH条件下的实验,探究了不同接枝率偕胺肟基吸附剂对铀吸附性能的影响。结果表明：偕胺肟基吸附剂吸附铀酰离子的最佳pH为5~6;随着吸附剂接枝率的增加,饱和吸附量和吸附速率均增加,接枝率为5 811%的吸附剂吸附量达到111 mg/g;但随着吸附剂接枝率增加,吸附剂表面产生的凝胶物质会阻碍吸附剂对铀酰离子的吸附。     

天然毛发复合材料的辐射合成及其对铀的吸附研究

本研究以天然羊毛为功能基材,开展了偕胺肟-羊毛复合材料的制备及其在海水提铀应用中的研究。通过基材预处理、共辐照等方法在羊毛基材表面进行丙烯腈接枝,利用调整射线能量、辐照总剂量等方法优化接枝反应条件,随后进行酰胺肟功能化反应,采用SEM及傅里叶变化红外对接枝、功能化前后的材料进行表征分析,并利用该类功能材料进行铀吸附研究。经功能化条件优化后,可获得吸附容量为62.62 mg/g的偕胺肟-羊毛复合材料。研究结果表明,该材料在Na、K、Ni、Cu干扰离子共存环境下对铀具有一定的选择性吸附能力,且主要为化学吸附。在真实海域的自然环境中可对铀实现0.35 mg/g的吸附容量。这种以天然毛发为原料的提铀复合材料,不仅更加绿色环保,也相对于传统复合材料具有更好的亲水性。     

偕胺肟基改性碳纳米管对铀的吸附性能研究

对多壁碳纳米管（MWNTs）进行偕胺肟基改性,采用透射电子显微镜（TEM）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）进行表征,研究了改性前后MWNTs在不同条件下对铀的吸附性能。结果表明,在pH=2～8的范围内,未改性的碳纳米管（raw-MWNTs）与偕胺肟基改性碳纳米管（AO-MWNTs）对铀的吸附容量均是先增大后降低,pH值为5时达到最大。随着铀初始浓度的增大,raw-MWNTs和AO-MWNTs对铀的吸附容量逐渐升高。当铀初始浓度为10 mg/L时,AO-MWNTs对铀振荡吸附30 min后达到平衡,吸附容量可达18.93 mg/g,而raw-MWNTs对铀振荡吸附60 min后趋于稳定,吸附容量可达9.59 mg/g。AO-MWNTs对铀的吸附符合Langmuir和Freundlich模型,最大理论吸附容量为106.38 mg/g。     

偕胺肟基铀吸附材料研究进展

采用吸附材料处理铀矿开采、加工及乏燃料后处理产生的含铀废水和吸附海水中的铀为当前研究热点。吸附材料与铀的结合主要是通过官能团的配位作用，其中偕胺肟基团由于对铀具有特异性响应，而表现出优异的吸附选择性。本文归纳了偕胺肟基团的制备方法，对氰基-羟胺法进行了详细介绍。从吸附材料形态和功能角度详述了现阶段偕胺肟单官能团吸附材料的研究进展，同时对-NH₂和-AO或-COOH和-AO的双官能团协同吸附进行了介绍，并对偕胺肟基团与铀的配位机理进行了简要分析，最后对偕胺肟基吸附材料的基底材料选择、制备方法和特殊功能性进行了展望。     

偕胺肟功能化水热碳微球对铀的吸附性能

为在碳微球表面引入偕胺肟基团,采用丙烯腈接枝淀粉为原料,通过水热法成功制备偕胺肟功能化水热碳微球(HTC-AO),并研究了HTC-AO对水溶液中铀的吸附性能,HTC-AO对铀吸附的最佳pH=6.0,吸附量最大为455.6mg/g,吸附过程符合Langmuir等温方程和准二级动力学方程。热力学研究表明,吸附过程为自发吸热过程。选择性研究结果表明,在多种离子共存的情况下HTC-AO对铀具有很高的选择性。     

海水提铀用偕胺肟基聚合物研究进展

偕胺肟基聚合物是海水提铀用吸附最有效的材料之一。按偕胺肟基聚合物的制备方法即单体共聚法、聚合物改性法、聚合物共混法为线索进行了综述,描述了海水提铀材料中偕胺肟基聚合物的研究现状,提出了以绿色天然原料为基材,具有更高机械强度、高吸铀量、高选择性的吸附剂是今后海水提铀用偕胺肟基聚合物的重要研究方向。     

电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合法制备吸附剂及其吸铀性能

为满足我国核电事业的发展需求,从海水中提取铀尤为重要。海水中约有45亿吨铀,约是陆地铀资源的千倍。偕胺肟基对铀酰离子有很强的络合能力及较高的选择性,是良好的铀酰离子吸附官能团,因此,偕胺肟基吸附剂的制备是海水提铀的关键步骤之一。以聚氯乙烯(PVC)为基材,通过电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGET ATRP)方法合成偕胺肟基纤维吸附剂(PVC-AO),控制丙烯腈(AN)的用量,制得不同接枝率的吸附剂,用红外光谱分析表明,腈基成功转化为偕胺肟基,用扫描电镜观察不同接枝率吸附剂的表面形貌变化,并用制得不同接枝率吸附剂开展了不同实验温度、不同初始铀酰离子浓度和不同pH条件下的实验,探究了不同接枝率偕胺肟基吸附剂对铀吸附性能的影响。结果表明:偕胺肟基吸附剂吸附铀酰离子的最佳pH为5~6;随着吸附剂接枝率的增加,饱和吸附量和吸附速率均增加,接枝率为5 811%的吸附剂吸附量达到111mg/g;但随着吸附剂接枝率增加,吸附剂表面产生的凝胶物质会阻碍吸附剂对铀酰离子的吸附。     

偕胺肟基高分子材料的可控合成及对铀的吸附性能研究

以二乙烯基苯和对氯甲基苯乙烯为原料制备基材,采用原子转移自由基聚合的方法接枝丙烯腈,最后氰基用盐酸羟胺还原并经碱处理后制得偕胺肟基高分子材料,采用傅里叶变换红外光谱FTIR、扫描电镜SEM分别测试吸附剂的化学成分和吸附剂的表面形貌,并考察了其对水溶液中铀的吸附性能。结果表明:在吸附剂与浓度50×10^-6(ppm)的铀酰离子溶液的体积比为2∶1(g/L)时吸附效率最好;在此配比下,当pH=4时,吸附量最好,可达24.2 mg/g,吸附平衡时间为1.5 h,二级动力学模型能更好地拟合其对铀吸附。     

偕胺肟基聚乙烯无纺布的制备及其铀吸附性能

以聚乙烯(PE)无纺布为基材,通过电子束预辐射接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯,然后依次与乙二胺、马来酸酐反应,再经过偶氮二异丁腈引发丙烯腈聚合,最后经过偕胺肟化成功地制备了一种新型偕胺肟基PE无纺布吸附材料(PE-g-AO)。通过全反射红外光谱仪、X射线光电子能谱仪和扫描电子显微镜对PE无纺布改性前后的化学结构和微观形貌进行了表征。结果表明:PE-g-AO无纺布对模拟含氟含铀溶液中铀酰离子的吸附容量为71.92 mg/g (铀初始浓度:20 mg/L;NaF:2.0 g/L;吸附剂:0.2 g/L;吸附时间:216 h);当吸附剂用量为1.0 g/L时,溶液中的铀酰离子基本被全部吸附,残留浓度为0.04 mg/L,达到国家排放标准;该吸附材料在UO₂²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Na⁺多离子溶液中对UO²²⁺离子具有较好的铀吸附选择性。     

辐射接枝制备聚丙烯纤维基海水提铀吸附剂

采用电子束预辐射接枝法将丙烯腈和丙烯酸接枝于聚丙烯(Polypropylene,PP)纤维上,并探讨了吸收剂量和反应温度对接枝率的影响。随后通过偕胺肟化反应制备出含偕胺肟基和羧基的PP纤维吸附剂。红外光谱数据表明,丙烯腈和丙烯酸成功接枝到PP纤维上,偕胺肟化反应将腈基转化为偕胺肟基,同时对改性前后PP纤维的表面形貌和热性能进行了表征。厦门海域真实海水吸附性能测试结果表明,所制备的PP纤维吸附剂铀吸附容量最高可达到0.81 mg·g~(-1)(吸附时间为68 d),PP纤维吸附剂的铀吸附容量与其接枝率和偕胺肟基密度不呈正相关。     

1,4-丁二偕胺肟在Cu(Ⅱ)/Ni(Ⅱ)/U(Ⅵ)存在下的官能团转化反应

偕胺肟官能团化的聚合物是当前最有希望工程化应用的海水提铀吸附材料。研究该类吸附材料表面官能团的种类及相关化学反应,能从分子水平为其性能改进及应用研究提供指导。本工作根据该类吸附材料制备、提铀实施、铀洗脱及材料再生的过程,选取1,4 丁二偕胺肟（H2L）作为材料表面二偕胺肟官能团的小分子类似物,以1H核磁共振、单晶X射线衍射以及吸收光谱为主要技术手段,分别研究了H2L在加热、酸碱溶液中,以及Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、U(Ⅵ)存在条件下的官能团转化反应。研究发现,不同条件下H2L可发生不同形式的转化反应,在Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)存在下可转化为2,5 二亚氨基吡咯烷 1 醇形式,在U(Ⅵ)存在下可转化为丁二酰亚胺二肟形式。这些结果进一步加深了对偕胺肟类材料表面官能团转化反应的理解,并提供了一种由二偕胺肟官能团转化为与铀亲和能力更强的酰亚胺二肟官能团的新途径。     

负载铀偕胺肟螯合功能材料解吸研究进展

铀是保障核能稳定发展的重要战略资源,陆地铀资源不足已引起广泛关注。海水中铀资源总量是陆地铀资源的1 000倍以上。为确保铀资源的稳定供给,从20世纪50年代开始,对海水中提取铀资源的探索研究从未停止,含偕胺肟基螯合吸附剂分离回收铀已成为最具工业应用前景的潜在功能材料。针对提铀过程中负载铀偕胺肟材料解吸中存在的诸多重要问题,本文综述了近年来从偕胺肟基负载铀材料解吸铀研究进展,阐述了酸溶液、碱性溶液及有机溶液等对负载铀偕胺肟材料的解吸性能、机理和特点,探讨了对铀构成解吸竞争共存金属离子的影响,基于对解吸条件评价,提出了未来亟待研究和解决的问题,为先进解吸技术在海水提铀领域大规模发展与应用提供参考。     

海水提铀用偕胺肟基纤维吸附材料的研究进展北大核心CSCD

铀是发展核能不可或缺的重要元素。因陆地铀储量有限而通过海水提铀能够有效解决这一问题。研究发现偕胺肟基(AO)吸附材料对铀酰离子的吸附性能优异。本文总结了国内外对AO基纤维吸附材料的研究进展,分析了AO基纤维吸附材料的制备方法和吸附性能,同时也分析了该类材料的发展进程与走向,对目前AO基纤维吸附材料工业化存在的问题进行了讨论,最后对未来海水提铀的发展进行了展望。     

偕胺肟基团功能化共轭介孔聚合物用于可监控快速海水提铀

海水提铀是核能可持续发展的重要保障之一。快速提铀材料凭借短吸附周期可减少生物污损、老化而延长使用寿命,因此优化吸附周期可获得更高的提铀效率和经济效益。为此,本研究设计了一种偕胺肟修饰的共轭介孔聚合物（CMPAO）用于可监控的快速海水提铀。以具有优良聚集诱导发光性质的三苯胺和修饰有偕胺肟的芴衍生物为构建单元合成吸附材料,UO2+2被偕胺肟基团捕捉后,经共振能量转移增强CMPAO的电化学发光（ECL）信号,从而实现吸附过程的监测,以确定最优的吸附周期。结果表明：CMPAO在铀酰溶液（5×10-5 mol/L）中可在20 min内达到吸附平衡,对U的吸附容量为1825 mg/g;在真实海水中,3 d即可基本完成吸附过程,CMPAO对U的吸附容量达到16 mg/g,同时CMPAO在海水中可实现铀吸附量与ECL强度的正相关,能够实时监测吸附过程,指示吸附量的变化,以确定最优吸附周期。     

偕胺肟基超高分子量聚乙烯纤维对含氟含铀溶液中铀的吸附性能研究

铀浓缩过程中产生的含氟含铀废水中铀浓度较高,需将铀浓度降至可排放的限定值以下,以避免污染水生生态系统,进而对人体健康造成威胁。采用电子束预辐射接枝法将丙烯腈与甲基丙烯酸接枝于超高分子量聚乙烯纤维(Ultra-high Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)上,并通过胺肟化反应制备出偕胺肟基(Amidoxime,AO)吸附材料。利用红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜对改性前后UHMWPE纤维的化学结构及表面形貌进行表征,评估AO基UHMWPE纤维对模拟含氟含铀废水中铀酰离子的吸附性能。试验结果表明:AO基UHMWPE纤维对铀酰离子的吸附行为遵循准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型;铀饱和吸附容量可达151.98 mg?g-1(铀初始浓度:40 mg?L~(-1);氟离子浓度:10 g?L~(-1);吸附剂:0.2 g?L~(-1);吸附时间:21 d),与理论饱和吸附容量(153.85 mg?g-1)基本吻合;增加吸附剂的用量(1.5 g?L~(-1))可使铀酰离子的去除率达到99.93%,残余铀酰离子浓度为28μg?L~(-1),符合国家排放标准(50μg?L~(-1))。     

磁性功能改性杯[4]芳烃胺肟衍生物及其对铀的吸附特性

以氨基化改性磁性纳米Fe_3O_4粒子为载体,将杯[4]芳烃胺肟衍生物进行磁性功能化改性,制备得到立体构象稳定、与UO_2~(2+)空间配位构型匹配的杯[4]芳烃胺肟衍生物磁性功能材料(MFM-AOCA)。并采用红外光谱、扫描电镜进行了结构表征。考察了溶液pH值、铀初始浓度、MFM-AOCA用量和吸附时间等因素对吸附的影响。结果表明:杯[4]芳烃胺肟衍生物磁性功能修饰后,具有较大的比表面积,其吸附铀的最佳条件是pH值为3.5、铀初始浓度为40 mg/L、吸附剂用量为40 mg和吸附时间为3.5 h。吸附动力学模型和吸附等温模型研究表明,MFM-AOCA对铀的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,所得到的相关系数大于0.99;吸附等温线符合Langmuir等温线模型,其最大理论吸附量为141.28 mg/g。使用3种不同的解吸剂对MFM-AOCA解吸再生6次后,其对铀的吸附率均在80%以上,说明该MFMAOCA具有良好的再生性能。     

海水采铀成本的试验计算

海水中含铀总量约为4×10~9t,但其浓度极低,仅为3×10~(12)。 海水采铀最有效的方法是利用铀吸附剂。现在已研制出了多种类型吸附剂,其中性能最好的是偕胺肟型吸附剂。它主要由偕胺肟基和亚氨二肟基组合,其主要特点是:(1)合成非常简单;(2)对铀的选择性吸附率高,其平衡吸附铀容量可达到30mg·g~(-1),是其他类型吸附剂无可比拟的;(3)易解吸。用0.5～1     

双偕胺肟配体与Cu~(2+)的配位研究

<正>偕胺肟基吸附材料现被广泛用于海水提铀研究。由于海洋环境的多样性,需要对该类吸附材料进行改进,得到具有选择性、高效性的吸铀材料。简单的偕胺肟配体与铀及海水中其他金属离子的配位研究可为开发更高效、更有选择性、更稳定的吸附剂提供借鉴依据。     

用于分离铀的萃取剂微胶囊制备及其吸附性能研究

为解决传统萃取工艺中溶剂损失和乳化等问题,本文结合萃取和离子交换的特点,采用溶剂挥发法制备了一种聚砜壁材的含二（2-乙基己基）磷酸酯（D2EHPA,或P204）的萃取剂微胶囊,研究了稀释剂、分散剂、表面活性剂和无机盐（NaCl）对微胶囊成球的影响,确定了微胶囊的最佳制备条件。结果表明：当采用二甲苯作稀释剂、P204萃取剂浓度为50%时,微胶囊对铀的吸附容量能达到40 mg/g以上;采用100 g/L H₂SO₄作解吸剂,铀解吸率可达99%;聚砜壁材的P204萃取剂微胶囊在低浓度铀溶液中具有较好的吸附性能,解吸后可重复使用。