本發(fā)明涉及一種提鈾納米纖維膜組件及其制備方法和用途。

背景技術(shù)：

1、核能作為一種無溫室氣體排放的高效能源，具有重要的地位。天然鈾作為核能發(fā)展的重要資源，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)以及地質(zhì)勘測上都有廣泛的應(yīng)用。陸地上的鈾資源有限。海水中蘊(yùn)藏著豐富的鈾資源，但是鈾在天然海水中的含量極低，遠(yuǎn)低于天然海水中的主要金屬元素，如鈉、鎂等。此外，海水中雜質(zhì)離子(如釩酸根離子、鐵離子等)和海洋生物附著也會顯著影響鈾酰離子的吸附過程。因此，鈾吸附材料的研發(fā)是實(shí)現(xiàn)從海水中提鈾的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個目的在于提供一種提鈾納米纖維膜組件的制備方法，該制備方法能夠提高提鈾納米纖維膜組件在低濃度水性鈾溶液中的鈾吸附容量，且使用壽命較長。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種提鈾納米纖維膜組件。本發(fā)明的再一個目的在于提供一種提鈾納米纖維膜組件的用途。

2、一方面，本發(fā)明提供了一種提鈾納米纖維組件的制備方法，包括如下步驟：

3、(1)將三明治網(wǎng)布固定在接收輥筒上，通過靜電紡絲將聚丙烯腈納米纖維沉積在三明治網(wǎng)布上，得到沉積后網(wǎng)布；

4、紡絲液包括聚丙烯腈和溶劑，紡絲液的流速為0.3～2.5ml/h，靜電紡絲電壓為15～22kv，接收距離為8～23cm；沉積在三明治網(wǎng)布上的聚丙烯腈納米纖維的厚度為5～35μm；三明治網(wǎng)布的厚度為0.5～2cm；三明治網(wǎng)布每平方米的重量為120～160g；

5、(2)利用收卷機(jī)將沉積后網(wǎng)布收集成卷，制成卷繞組件；

6、(3)將卷繞組件浸沒到羥胺溶液中，在50～80℃水浴條件下振蕩反應(yīng)5～12h，得到胺肟化組件；

7、(4)將胺肟化組件置于濃度為0.005～0.04mol/l的堿金屬氫氧化物溶液中，在40～70℃下堿處理2～8h，得到提鈾納米纖維膜組件。

8、本發(fā)明的紡絲液包括聚丙烯腈和溶劑。在某些實(shí)施方式中，紡絲液由聚丙烯腈和溶劑組成。

9、溶劑可以選自n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、丙酮中的一種或多種；優(yōu)選地，溶劑選自n,n-二甲基甲酰胺、丙酮中的一種或多種。在某些實(shí)施方式中，溶劑為n,n-二甲基甲酰胺。在另一些實(shí)施方式中，溶劑為n,n-二甲基甲酰胺和丙酮的混合物。n,n-二甲基甲酰胺和丙酮的體積比可以為(5～11):2；優(yōu)選為(7～9):2。上述溶劑能夠使聚丙烯腈均勻地溶解，形成均一穩(wěn)定的紡絲液。

10、紡絲液中聚丙烯腈的濃度為0.05～0.3g/ml；優(yōu)選為0.08～0.15g/ml。這樣的紡絲液能夠形成適當(dāng)直徑的聚丙烯腈纖維，提高吸附容量和強(qiáng)度。

11、根據(jù)本發(fā)明的制備方法，優(yōu)選地，所述紡絲液中的溶劑選自n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、丙酮中的一種或多種，紡絲液中聚丙烯腈的濃度為0.05～0.3g/ml。

12、紡絲液的流速為0.3～2.5ml/h；優(yōu)選為0.8～2ml/h；更優(yōu)選為1～1.5ml/h。

13、靜電紡絲電壓為15～22kv；優(yōu)選為17～20kv；更優(yōu)選為18～19kv。

14、接收距離為8～23cm；優(yōu)選為10～20cm；更優(yōu)選為15～17cm。

15、采用上述參數(shù)能夠在三明治網(wǎng)布上沉積形成均勻，質(zhì)量好的聚丙烯腈納米纖維膜。

16、沉積在三明治網(wǎng)布上的聚丙烯腈納米纖維膜的厚度為5～35μm；優(yōu)選為10～30μm；更優(yōu)選為20～30μm。這樣能夠使提鈾納米纖維膜組件既具有較高的鈾吸附性能，又具有較高的強(qiáng)度，提高使用的耐久性。

17、三明治網(wǎng)布的厚度為0.5～2cm；優(yōu)選為1～1.5cm。網(wǎng)孔面層的網(wǎng)孔直徑為1～3mm。每平方米三明治網(wǎng)布的重量為120～160g；優(yōu)選為130～140g。這樣的三明治網(wǎng)布具有良好的透過率，使得含鈾水性液體能夠與納米纖維膜充分接觸，又能夠提高提鈾納米纖維膜組件的強(qiáng)度。

18、步驟(2)中，利用收卷機(jī)將沉積后網(wǎng)布收集成卷，制成卷繞組件。優(yōu)選地，卷繞組件以兩端密封的pe管為中心。pe管能夠?qū)Τ练e后網(wǎng)布起到支撐作用，方便卷繞及使用；此外，pe管具有良好的耐腐蝕性和較低的密度，能夠在海水中長期使用。

19、pe管外交替卷繞有聚丙烯腈納米纖維膜層和三明治網(wǎng)布層?？拷黳e管的一層為聚丙烯腈納米纖維膜層，最外層為三明治網(wǎng)布層。這樣三明治網(wǎng)布層能夠更好地對聚丙烯腈納米纖維膜層起到保護(hù)作用。

20、步驟(3)中，將卷繞組件浸沒到羥胺溶液中，在50～80℃；優(yōu)選為60～70℃水浴條件下震蕩反應(yīng)5～12h；優(yōu)選為8～10h，得到胺肟化組件。在某些實(shí)施方式中，還包括如下步驟：將反應(yīng)得到的反應(yīng)物水洗后，得到胺肟化組件。

21、羥胺溶液的溶劑選自水、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇中的一種或多種。在某些實(shí)施方式中，羥胺溶液的溶劑為甲醇。在另一些實(shí)施方式中，羥胺溶液的溶劑為甲醇和水。甲醇和水的體積比可以為1：(0.5～3)；優(yōu)選為1：(1～1.5)。

22、羥胺與氰基的摩爾比可以為(8～12):1；優(yōu)選為(10～11):1。

23、根據(jù)本發(fā)明的制備方法，優(yōu)選地，步驟(3)中，羥胺與氰基的摩爾比為(8～12):1；羥胺溶液中的溶劑選自水、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇中的一種或多種。

24、根據(jù)本發(fā)明的制備方法，優(yōu)選地，步驟(3)中，還包括如下步驟：

25、將鹽酸羥胺和堿性物質(zhì)在溶劑中反應(yīng)，得到羥胺溶液；所述堿性物質(zhì)選自堿金屬碳酸鹽、堿金屬氫氧化物中的一種或多種；所述鹽酸羥胺與所述堿性物質(zhì)的質(zhì)量比為13:(5～70)。

26、堿金屬碳酸鹽的實(shí)例包括但不限于碳酸鉀、碳酸鈉。堿金屬氫氧化物的實(shí)例包括但不限于氫氧化鉀、氫氧化鈉。

27、在某些實(shí)施方式中，鹽酸羥胺與堿性物質(zhì)的質(zhì)量比為13:(45～60)。在另一些實(shí)施方式中，鹽酸羥胺與堿性物質(zhì)的質(zhì)量比為13:(5～10)。

28、步驟(4)中，將胺肟化組件置于濃度為0.005～0.04mol/l的堿金屬氫氧化物溶液中，在40～70℃下堿處理2～8h，得到提鈾納米纖維膜組件。優(yōu)選地，將堿處理得到的產(chǎn)物洗滌后，得到提鈾納米纖維膜組件。

29、優(yōu)選地，堿金屬氫氧化物溶液的濃度為0.01～0.03mol/l；更優(yōu)選地，堿金屬氫氧化物溶液的濃度為0.02～0.025mol/l。堿金屬氫氧化物可以選自氫氧化鉀和/或氫氧化鈉。

30、優(yōu)選地，堿處理在溫度為50～60℃下進(jìn)行。優(yōu)選地，堿處理時間為4～5h。

31、另一方面，本發(fā)明提供了一種提鈾納米纖維膜組件，該提鈾納米纖維膜組件由上述方法制備得到。

32、再一方面，本發(fā)明提供了上述提鈾納米纖維膜組件在從水中提取鈾中的用途。

33、根據(jù)本發(fā)明的用途，優(yōu)選地，所述水選自海水、地下鹵水中的一種或多種。本發(fā)明的提鈾納米纖維膜組件具有較高的強(qiáng)度，鈾吸附選擇性，能夠作為從海水或地下鹵水中吸附鈾的材料使用。

34、根據(jù)本發(fā)明的用途，優(yōu)選地，水中鈾的濃度為10ppb～10ppm。在某些實(shí)施方式中，水中鈾的濃度為20～35ppb；優(yōu)選為25～30ppb。在某些實(shí)施方式中，水中鈾的濃度為1～5ppm；優(yōu)選為3～3.3ppm。本發(fā)明的提鈾納米纖維膜組件在低濃度的水性液體中具有良好的鈾吸附性能。

35、本發(fā)明的提鈾納米纖維膜組件具有三明治結(jié)構(gòu)，三明治網(wǎng)布能夠起到對納米纖維膜的支撐和保護(hù)作用，能夠使納米纖維膜均勻地鋪設(shè)在三明治網(wǎng)布上，提高的納米纖維膜的強(qiáng)度，且在低濃度含鈾水性溶液中具有良好的鈾吸附性能，具有較高的吸附容量和吸附速度。