一種含磷氧官能團的介孔螯合樹脂及分離與富集鈾的方法發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明屬于鈾的分離與富集技術(shù)領(lǐng)域。涉及一種含磷氧官能團的介孔螯合樹脂及作為聚合物吸附劑在鈾的分離與富集中的應(yīng)用和方法。

背景技術(shù)：
能源是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，新能源的開發(fā)和利用是關(guān)系我國經(jīng)濟建設(shè)全局的一個重大戰(zhàn)略問題。核能發(fā)電因經(jīng)濟、清潔和高效，成為新能源的主角。由于核電的迅猛發(fā)展，鈾需求量急劇增加，從涉鈾工藝流程產(chǎn)生的廢水中回收鈾，可充分利用有限的鈾資源，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。此外，核燃料循環(huán)過程中排放的鈾對地表和地下水的污染已經(jīng)成為全球關(guān)注的環(huán)境問題，必須加強對含鈾廢水的處理。由此可見，無論是從水中回收鈾以提高核燃料資源的利用率，或是減小放射性廢水對環(huán)境的危害，都必須對水溶液中的鈾進行分離和富集。溶劑萃取法提取鈾具有速度快、效率高、易于自動控制和連續(xù)逆流作業(yè)的特點，適于從澄清的浸出液中提取鈾。含磷氧基團的物質(zhì)如磷酸三丁酯等對鈾有著很高的親和力和選擇性，是溶劑萃取分離鈾的常用試劑。然而必須指出的是采用溶劑萃取法分離與富集鈾時也存在一些缺點，如操作費時麻煩，生產(chǎn)成本高；所用有機溶劑多，且溶劑回收、溶液濃縮能耗大。以上這些缺點在很大程度上限制了溶劑萃取技術(shù)在分離與富集鈾方面的進一步大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。固相萃取技術(shù)是近年來產(chǎn)生的一種分離技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于水污染處理，它是作為液-液萃取的補充或替代方法而產(chǎn)生的。與液-液萃取相比，固相萃取具有以下優(yōu)點：(1)不需要使用大量有機溶劑，減少了對環(huán)境二次污染；(2)無相分離操作，容易收集分離物；(3)操作簡單，省時，省力，容易實現(xiàn)自動化。有鑒于此，本發(fā)明擬結(jié)合磷氧基團對鈾的超強吸附作用以及固相萃取技術(shù)的諸多特點，通過溶劑熱聚合手段，將磷氧基團固載在介孔聚合物的高分子骨架上面，以制備對鈾具有高效吸附性能的含磷氧官能團的介孔螯合樹脂吸附材料，該吸附材料在高酸度下具有吸附速度快、吸附量高、選擇性強的優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明制備的吸附劑制備方法簡便、成本低廉、吸附量高、選擇性強，能夠有效地分離與富集鈾。本發(fā)明的目的之一在于提供了一種含磷氧官能團的介孔螯合樹脂；本發(fā)明的目的之二提供了一種含磷氧官能團的介孔螯合樹脂作為吸附劑應(yīng)用；本發(fā)明的目的之三在于提供了一種含磷氧官能團的介孔螯合樹脂作為分離與富集鈾的聚合物吸附劑的應(yīng)用，本發(fā)明的目的之四在于提供了一種利用含磷氧官能團的介孔螯合樹脂分離與富集鈾的方法。本發(fā)明的目的之一是這樣實現(xiàn)的：一種含磷氧官能團的介孔螯合樹脂，其制備方法包括如下步驟：將1～5g有機交聯(lián)劑，1～5g含磷氧官能團的不飽和化合物和0.02～0.08g偶氮二異丁腈加入到1～10mL有機溶劑中，25℃下攪拌1～3h，將上述溶液加入到水熱反應(yīng)釜，100℃下反應(yīng)24h，取出，開釜，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去有機溶劑，45℃下真空干燥12～24h，即可得到含磷氧官能團的介孔螯合樹脂，所述的質(zhì)量數(shù)與體積數(shù)成比例調(diào)整。進一步，有機交聯(lián)劑為或帶有2個以上不飽和鍵的化合物；優(yōu)選：二甲基丙烯酸乙二醇酯或二乙烯基苯。進一步，含磷氧官能團的不飽和化合物為乙烯基膦酸，乙烯基膦酸二乙酯或其衍生物。進一步，有機溶劑為乙酸乙酯，丙酮，四氫呋喃或乙醇。進一步，所述的含磷氧官能團的介孔螯合樹脂的BET比表面積為40～500m2/g；BJH孔徑為5～50nm；BJH孔體積為0.3～1.3cm3/g。本發(fā)明的目的之二是這樣實現(xiàn)的：一種用于分離與富集鈾的聚合物吸附劑，該吸附劑為采用溶劑熱聚合法制備的介孔螯合樹脂，螯合基團為磷氧基團，所述的含磷氧官能團的介孔螯合樹脂的BET比表面積為40～500m2/g；BJH孔徑為5～50nm；BJH孔體積為0.3～1.3cm3/g。本發(fā)明的目的之三是這樣實現(xiàn)的：一種含磷氧官能團的介孔螯合樹脂作為分離與富集鈾的聚合物吸附劑的應(yīng)用。本發(fā)明的目的之四是這樣實現(xiàn)的：一種利用含磷氧官能團的介孔螯合樹脂分離與富集鈾的方法：調(diào)節(jié)待處理的含鈾水溶液的H+濃度為10-5～8mol/L，然后加入含磷氧官能團的介孔螯合樹脂聚合物吸附劑，震蕩，吸附，其中含鈾水溶液的濃度為100mg/L，含鈾水溶液的體積和吸附劑的質(zhì)量比為25mL：0.010g，吸附溫度為5～45℃，吸附時間為0.5～24h，振蕩速度為98r/min。進一步，所述吸附溫度為25℃，吸附時間為3h。進一步，所述調(diào)節(jié)pH值用12mol/L的HNO3溶液、1mol/L的NaOH溶液和5mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液H+濃度。本發(fā)明的有益效果⑴本發(fā)明制備的含磷氧官能團的介孔螯合樹脂具有制備方法簡捷、易操作、可重復(fù)使用等優(yōu)點，吸附結(jié)束后還可通過過濾從體系中加以分離和回收；⑵本發(fā)明制備的含磷氧官能團的介孔螯合樹脂吸附劑在高酸度下對含水溶液中鈾酰離子吸附量高，吸附速度快，能夠有效地吸附并回收水溶液中的鈾酰離子。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例進一步闡釋本發(fā)明。本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括具體實施方式間的任意組合。特別是所述的質(zhì)量數(shù)與體積數(shù)成比例調(diào)整。實施例1含磷氧官能團的介孔螯合樹脂可通過溶劑熱法制備。作為一個典型的合成實例：1.5g二乙烯基苯(純度為55％)，1.5g乙烯基膦酸和0.05g偶氮二異丁腈加入到5mL乙酸乙酯的溶劑中，25℃下攪拌1h，將上述溶液加入到水熱反應(yīng)釜，100℃下反應(yīng)24h，取出，開釜，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除乙酸乙酯，45℃下真空干燥12h，即可得到含磷氧官能團的介孔螯合樹脂1。實施例2含磷氧官能團的介孔螯合樹脂可通過溶劑熱法制備。作為一個典型的合成實例：1.5g二甲基丙烯酸乙二醇酯，1.5g乙烯基膦酸和0.05g偶氮二異丁腈加入到5mL乙酸乙酯的溶劑中，25℃下攪拌1h，將上述溶液加入到水熱反應(yīng)釜，100℃下反應(yīng)24h，取出，開釜，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除乙酸乙酯，45℃下真空干燥12h，即可得到含磷氧官能團的介孔螯合樹脂2。實施例3含磷氧官能團的介孔螯合樹脂可通過溶劑熱法制備。作為一個典型的合成實例：1.5g三甲基丙烯酸三羥甲基丙烷酯，1.5g乙烯基膦酸和0.05g偶氮二異丁腈加入到5mL乙酸乙酯的溶劑中，25℃下攪拌1h，將上述溶液加入到水熱反應(yīng)釜，100℃下反應(yīng)24h，取出，開釜，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除乙酸乙酯，45℃下真空干燥12h，即可得到含磷氧官能團的介孔螯合樹脂3。實施例4準(zhǔn)確移取25mL，100mg/L的鈾標(biāo)準(zhǔn)溶液于150mL的錐形瓶中，用12mol/L硝酸、1mol/L的NaOH溶液和5mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液H+濃度，使得溶液H+濃度為4mol/L。加入0.010g吸附劑1，在25℃，98r/min的恒溫振蕩器上吸附3h。過濾分離，用偶氮胂Ⅲ光度法測定濾液中鈾離子的濃度，并結(jié)合式(1)計算出此時吸附量為81.1mg/g。鈾離子的吸附量按照以下公式計算：式中：qe—吸附量，mg/g；V—鈾溶液的體積，L；Ce—鈾離子溶液平衡濃度，mg/L；C0—鈾離子溶液初始濃度，mg/L；m—吸附劑質(zhì)量，g。實施例5準(zhǔn)確移取25mL，100mg/L的鈾標(biāo)準(zhǔn)溶液于150mL的錐形瓶中，用12mol/L硝酸、1mol/L的NaOH溶液和5mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液H+濃度，使H+濃度為4mol/L，加入0.010g吸附劑2，在25℃，98r/min的恒溫振蕩器上吸附3h，過濾分離，用偶氮胂Ⅲ光度法測定濾液中鈾離子的濃度，并結(jié)合式(1)計算出此時吸附量為110.5mg/g實施例6準(zhǔn)確移取25mL，100mg/L的鈾標(biāo)準(zhǔn)溶液于150mL的錐形瓶中，用12mol/L硝酸、1mol/L的NaOH溶液和5mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液H+濃度，使H+濃度為4mol/L，加入0.010g吸附劑3，在25℃，98r/min的恒溫振蕩器上吸3h，過濾分離，用偶氮胂Ⅲ光度法測定濾液中鈾離子的濃度，并結(jié)合(1)計算出此時吸附量為122.6mg/g。實施例7準(zhǔn)確移取25mL，100mg/L的鈾標(biāo)準(zhǔn)溶液于150mL的錐形瓶中，用12mol/L硝酸、1mol/L的NaOH溶液和5mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液H+濃度，使H+濃度為0.1mol/L，加入0.010g吸附劑3，在25℃，98r/min的恒溫振蕩器上吸3h，過濾分離，用偶氮胂Ⅲ光度法測定濾液中鈾離子的濃度，并結(jié)合(1)計算出此時吸附量為159.3mg/g。實施例8準(zhǔn)確移取25mL，100mg/L的鈾標(biāo)準(zhǔn)溶液于150mL的錐形瓶中，用12mol/L硝酸、1mol/L的NaOH溶液和5mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液H+濃度，使H+濃度為0.01mol/L，加入0.010g吸附劑3，在25℃，98r/min的恒溫振蕩器上吸3h，過濾分離，用偶氮胂Ⅲ光度法測定濾液中鈾離子的濃度，并結(jié)合(1)計算出此時吸附量為213.4mg/g。此外，我們還將本發(fā)明制備的含磷氧基螯合樹脂與其它吸附劑對鈾吸附性能進行了比較，結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，本發(fā)明制備的含磷氧基螯合樹脂即使在氫離子濃度為4M時，對鈾酰離子仍具有較好的吸附容量。而其它吸附劑在pH為1和2時，對鈾的吸附量就已經(jīng)低于20mgg-1，這說明本發(fā)明制備的含磷氧官能團的介孔螯合樹脂吸附劑在高酸度下能夠有效地吸附并回收水溶液中的鈾酰離子。表1本發(fā)明制備的含磷氧基螯合樹脂與其它吸附劑的吸附鈾性能的比較