[发明专利]一种覆盆子型中空多孔聚合物微球的制备方法及其应用

说明书

本发明属于吸附分离功能材料技术领域，涉及一种覆盆子型中空多孔聚合物微球的制备方法及其提铀应用；本发明旨在结合微纳米结构优势，利用水包气Pickering乳液模板法将介孔二氧化硅纳米粒子以Pickering粒子的形式化零为整镶嵌在微米级多孔颗粒载体上形成覆盆子型中空多孔微米级吸附剂，不仅可以发挥纳米结构的优势，而且可以避免纳米结构的不足；同时，选择胺肟基团作为铀酰根离子的选择性配体，通过在介孔二氧化硅纳米粒子上接枝水杨醛肟(SO)，提高了对铀酰根离子的选择性。

技术领域

本发明属于吸附分离功能材料制备技术领域，具体涉及一种以水包气Pickering乳液模板法制备覆盆子型中空多孔吸附剂的方法及其选择性提铀应用。

背景技术

核能作为一种高效、清洁的能源在确保全球能源供应和减少化石燃料的需求方面起着至关重要的作用。“铀”是核工业最主要的元素，对其进行快速选择性分离在核能发展与应用中具有重要意义。成熟的铀分离技术只限定于陆地铀矿的提取，但陆地矿产储量有限，不能长期可持续的使用。因此，迫切需要寻求新的铀矿来源。海水中铀储量丰富(约45亿吨)，是陆地矿石中的数千倍。所以，从海水中提铀成为满足铀需求增长的一种潜在策略。目前，提铀常用的方法有很多种，例如离子交换法、液液萃取法、化学沉淀法、蒸发浓缩法、吸附分离法等。其中，吸附分离法因其环境友好、操作简单、适应性广、成本低、不易造成二次污染等优势，已成为海水提铀常用的方法之一。然而，海水中铀浓度低(不足3.3ppb)、共存的干扰离子多、基体复杂，吸附分离法用于海水提铀扔面临巨大挑战。为了有效地从海水中富集提取铀资源，急需开发一种新方法，用于制备环境友好、选择性高、易于分离且分离高效的吸附剂。

纳米尺寸的吸附剂因其高的比表面积、丰富的活性位点，以及出色的传质速率在分离与纯化领域备受关注。胺肟基团修饰的纳米吸附剂可与铀酰根离子通过配位作用达到选择性吸附的效果。基于这一原理，可以通过在纳米材料上修饰胺肟基团使其具有选择性吸附铀酰根离子的能力。但是，纳米吸附剂相对更大尺寸的吸附剂而言，更易团聚，颗粒之间彼此附着易掩盖部分活性位点，从而降低其吸附效率；其次纳米吸附剂不易回收，难以实现完全的固液分离。这些问题使得纳米吸附剂的进一步工业化应用受到了限制。相对于纳米尺寸吸附剂而言，微米尺寸吸附剂在溶液中的分散性更好，且颗粒较大更易分离。但微米尺寸吸附剂则比表面积有限、结合容量低、吸附速率较慢等问题。

发明内容

针对现有材料不足，本发明的目的在于结合微纳米结构的优势，在利用纳米吸附剂的比表面积高、活性位点丰富及传质速率出色等优势的基础上弥补其易团聚、难分离的问题，提供一种以微/纳米固体粒子代替表面活性剂的水包气Pickering乳液模板法制备胺肟功能化覆盆子型中空多孔吸附剂的方法，将纳米材料以Pickering粒子的形式化零为整到微米级，使整体材料实现1+12的效果。以胺肟基团为选择性配体，以介孔二氧化硅纳米颗粒为Pickering粒子，以密胺树脂为多孔颗粒载体，制备了一种在介孔二氧化硅纳米粒子上接枝胺肟官能团的中空多孔吸附剂(MF@mSiO₂-SO)。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

(1)介孔二氧化硅纳米粒子的制备：

将一定量的单宁酸溶于乙醇中，加热升温后，在磁力搅拌下添加一定量的浓NH₃·H₂O；随后滴加一定量的正硅酸四乙酯(TEOS)，将形成的混合溶液在磁力搅拌下反应一段时间；反应完成后，离心收集产物，分别用去离子水与乙醇洗涤直至上清液无色，干燥后即得介孔二氧化硅纳米粒子，记为mSiO₂；将得到的介孔二氧化硅纳米粒子分散在去离子水中，得到介孔二氧化硅水分散液，备用；

(2)覆盆子型中空多孔聚合物微球的制备：