[发明专利]一步法制备水杨醛肟/聚多巴胺中空纳米吸附剂的方法及其除铀应用

说明书

本发明属于环保功能材料技术领域，公开了一步法制备水杨醛肟/聚多巴胺中空纳米吸附剂的方法，及其除铀U(VI)的应用。本发明以盐酸多巴胺DA为聚合单体，水杨醛肟为功能单体，一步法制备肟功能化中空纳米吸附剂H‑PDA‑SO，解决传统乳液模板法存在尺寸的控制受局限、后续模板洗脱会造成结构破坏、有机试剂会污染环境等不足；另外，PDA与水杨醛肟的共沉积，不仅解决了目前制备肟功能化纳米结构吸附剂时间成本高、复杂性高、低氧化效率的问题，还将PDA多功能表面改性的离子性质和肟基对铀酰离子的优异配对能力结合起来。H‑PDA‑SO制备仅需130min，将其应用于水溶液中的U(VI)溶液吸附，40‑50min内可达到平衡，室温下最大吸附容量96.5mg·g^‑1。

技术领域

本发明属于环保功能材料制备技术领域，具体涉及一种以纳米气泡为模板，一步法制备肟功能化中空纳米吸附剂的方法，及其在水环境中核素铀U(VI)快速去除领域的应用。

背景技术

随着科技的发展，核污染已然成为当代一个热门话题，水体中核素的存在，严重威胁着人类健康，含U(VI)水体具有来源广、总量多、复杂性高、危害性大等特点。铀是核能生产的主要元素，也是最危险的放射性元素之一，水环境中泄露U(VI)的快速处理在应急处置和改善环境污染方面发挥着关键作用。无论是出于环境保护，亦或是人类健康的维护，我们都迫切开发一种高效吸附剂用于对核泄漏产生的U(VI)快速处理。

现阶段，用于U(VI)应急处理的方法有离子交换法、电化学法、化学沉淀法、光催化法、吸附分离法等，其中，吸附分离法因其分离效率高、选择性好、操作简单、成本低等优势而成为对含U(VI)水体处理的有效方法之一。然而，物理化学吸附法用于水体资源中U(VI)的提取存在三个固有的局限性。首先，由于水环境中U(VI)浓度低，铀酰离子扩散到吸附剂表面的速度很慢。其次，吸附的阳离子带正电，因此会因库仑排斥而拒绝进入的铀酰离子，使大部分表面活性位点无法接近。最后，其他阳离子，如钠和钙等，其浓度比U(VI)高许多数量级，这导致对吸附活性位点的强烈竞争，当不需要的物质吸附到吸附剂表面时，活性位点将被阻塞同时降低U(VI)收集能力。

用于富集U(VI)的吸附剂类型多样，其中中空纳米吸附剂具有比表面积大、负载高、密度低、结合位点丰度高、快速传质等优势而被广泛应用于吸附分离领域。传统的乳液模板法存在尺寸的控制受局限、后续模板洗脱会造成结构破坏、有机试剂的使用会造成环境污染等不足。另外，肟功能化的中空纳米吸附剂是最有前途的U(VI)吸附候选材料之一。

然而，其目前的制备方法主要集中在接枝和氧化，这样得到纳米吸附剂的方法效率较低。为了避免以上这些不足，迫切开发一种新型制备方法，快速构建中空纳米吸附剂应用于含U(VI)水体的处理。

发明内容

本发明为了解决传统的乳液模板法存在尺寸的控制受局限、后续模板洗脱会造成结构破坏、有机试剂的使用会造成环境污染等不足，以及U(VI)吸附剂制备过程复杂，吸附速率不够快和吸附选择性差的问题，提供一种采用气泡模板法构建中空纳米吸附剂，以盐酸多巴胺(DA)为聚合单体，水杨醛肟为功能单体，“一步法”制备水杨醛肟/聚多巴胺中空纳米吸附剂(H-PDA-SO)，并用于含U(VI)水体的处理的方法。

本发明利用盐酸多巴胺(DA)的快速聚合，同时水杨醛肟沉积，在DA聚合7.0min后加入水杨醛肟与DA共聚，形成水杨醛肟/聚多巴胺壳层，快速制备一种高密度肟功能化中空纳米吸附剂，即水杨醛肟/聚多巴胺中空纳米吸附剂(H-PDA-SO)。同时，也制备了中空聚多巴胺球(H-PDA)作为对比材料。综上所述，本工作分别制备两种吸附剂：H-PDA、 H-PDA-SO，用于对比研究。

一步法制备水杨醛肟/聚多巴胺中空纳米吸附剂的方法，包括步骤：