[发明专利]一种用于海水提铀的中空多孔纳米纤维材料及其制备方法

说明书

本发明涉及用于海水提铀的中空多孔纳米纤维材料及其制备方法，属于材料加工领域。本发明将3‑吡啶基偕胺肟、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酰胺混匀，作为壳层液；聚乙烯吡咯烷酮作为芯层液；利用同轴注射离心纺丝法，制得纳米纤维材料；将纳米纤维材料进行洗涤、烘干制得用于海水提铀的中空多孔纳米纤维材料。本发明方法，反应条件可控，操作简单易行，经济高效；制得的中空多孔纳米纤维材料具有中空多孔的高表面积结构，提铀效果显著，对于实验室模拟海水其效果可高达160mg/g。

技术领域

本发明涉及一种用于海水提铀的中空多孔纳米纤维材料，属于材料加工领域。

背景技术

海洋中铀的含量是陆地矿石中的1000多倍。海水中的铀主要是以三碳酸盐UO₂(CO₃)₃^4-的形式存在。所以从海水中提取铀就是对铀酰离子UO₂²⁺的提取。

海水提铀所面临的困难主要有：(1)海水中铀的浓度较低，大约为3.3PPb；(2)海水中大量共存金属离子的影响，如：Na⁺,K⁺,Ca²⁺,Mg²⁺,Fe³⁺,V⁴⁺,Zn²⁺,Ni²⁺,Cu²⁺,Pb²⁺等；(3)海水的高盐度。

目前用于海水提铀的纤维材料多数为实心材料，其表面积小，只有外表面可以与铀结合，结合能力较弱，所以提铀效果较差。相比实心材料，中空多孔纳米纤维材料直径小，比表面积大，铀酰离子不仅可以在外表面结合，而且可以进入材料内部，所以吸附能力较强，且不易脱落。中空纤维通常是由熔融纺丝或湿法纺丝技术纺制而成的，国内外研究较多的是熔纺的保暖性三维卷曲中空纤维及湿纺或熔纺中空纤维膜。本发明是利用同轴注射离心纺丝法制备中空多孔纳米纤维材料。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题提供一种铀提取率高的用于海水提铀的中空多孔纳米纤维材料。

用于海水提铀的中空多孔纳米纤维材料，由中空多孔纳米纤维组成，中空多孔纤维包括沿着所述纤维在纵向方向上延伸的中空腔体，中空管内径为25～32nm,外径为45～54nm,纤维细度为3.2dtex～30.0dtex，管壁为多孔结构，管壁材料为3-吡啶基偕胺肟。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种用于海水提铀的中空多孔纳米纤维材料的制备方法。

用于海水提铀的中空多孔纳米纤维材料的制备方法，按以下步骤制备而成：

a、将3-吡啶基偕胺肟、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酰胺按质量比3～6:1～4:1～4混匀，制得混合液；

b、将混合液作为壳层液，聚乙烯吡咯烷酮作为芯层液，进行同轴离心纺丝，制得纳米纤维材料；同轴离心纺丝是利用同轴高速离心纺丝装置进行纺丝。

c、对纳米纤维材料进行洗涤、烘干，即得用于海水提铀的中空多孔纳米纤维材料。

优选的，步骤a中，3-吡啶基偕胺肟、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酰胺的质量比为5～6:1～2:2～3；进一步优选3-吡啶基偕胺肟、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酰胺的质量比为5:1:2～3；更进一步优选3-吡啶基偕胺肟、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酰胺的质量比为5:1:2。

优选的，步骤b中，同轴离心纺丝是指将壳层液和芯层液分别注入到离心纺丝装置中的同轴的壳层注射器和芯层注射器中，将同轴的壳层注射器和芯层注射器置于甩盘上，利用离心作用将原料拉伸。

优选的，壳层注射器针头直径为0.8～1.2μm，芯层注射器针头直径为0.3～0.7μm；更优选壳层注射器针头直径为1.0μm，芯层注射器针头为0.5μm。