钍聚合物纺纤前驱体、氧化钍纳米纤维及制备方法和应用与流程

本发明涉及核材料，具体涉及钍聚合物纺纤前驱体、氧化钍纳米纤维及制备方法和应用。

背景技术：

1、氧化钍具有高熔点、单相、高折射率等优点，可用于制备高温陶瓷、耐火材料或特殊光学玻璃。同时天然钍中占比最大的钍-232是一种性能良好的可转化核素，具有较高的热中子吸收截面，因此氧化钍还可作为中子屏蔽材料或可增殖核燃料应用在核技术领域。

2、目前氧化钍材料的研究多集中在块状材料和纳米颗粒上，相较于传统块状材料或纳米粉末，纳米氧化钍纤维结构稳定、质地轻、柔韧性好，具有更好的二次加工性能，与其他材料复合可以形成更多的复合材料设计方案，可以实现氧化钍材料及钍资源的应用拓展。如何实现氧化钍纳米纤维的制备成为主要现在的研究方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供钍聚合物纺纤前驱体、氧化钍纳米纤维及制备方法和应用，解决了氧化钍纳米纤维的制备问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本发明提供一种钍聚合物纺纤前驱体的制备方法，包括：

4、将氯化钍粉末溶于甲醇溶液中，并加入乙酰丙酮和三乙胺充分搅拌，获得含钍聚合物溶液；

5、将所述含钍聚合物溶液减压浓缩，得到白色沾结物或晶体粉末，并向白色沾结物或晶体粉末中加入第一溶剂，搅拌溶解可溶物后静置过滤；再次减压浓缩，获得白色粉末为所述钍聚合物纺纤前驱体。

6、进一步地，在所述的钍聚合物纺纤前驱体的制备方法中，每100g氯化钍粉末溶于500ml～2000ml的甲醇溶液中；

7、优选地，加入的氯化钍、乙酰丙酮和三乙胺的摩尔比为：1：(0.8～3)：(3～5)；

8、优选地，氯化钍、乙酰丙酮和三乙胺的搅拌反应时间为0.5h～3h。

9、进一步地，在所述的钍聚合物纺纤前驱体的制备方法中，进行减压浓缩的温度为30℃～60℃；

10、优选地，每100g白色沾结物或晶体粉末溶于200ml～1000ml的第一溶液中优选地，所述第一溶剂包括：丙酮、四氢呋喃、正己烷中的一种或几种；

11、优选地，向白色沾结物或晶体粉末中加入第一溶剂，搅拌0.5h～3h至可溶物溶解后，静置1～48h后过滤。

12、进一步地，在所述的钍聚合物纺纤前驱体的制备方法中，所述氯化钍粉末的制备包括：

13、将六水合硝酸钍溶于第二溶剂中，搅拌至溶液澄清；再加入氨水，继续搅拌形成白色沉淀；过滤出白色沉淀物，并用第二溶剂反复冲洗过滤；将滤洗过的白色沉淀物均匀分散在第二溶剂中，并向溶液中滴加盐酸使沉淀完全溶解，得到的溶解液经浓缩、蒸干并研磨后获得所述氯化钍粉末。

14、进一步地，在所述的钍聚合物纺纤前驱体的制备方法中，所述第二溶剂包括：水、甲醇和乙醇中的一种或两种；

15、优选地，按照硝酸钍和氨水的摩尔比为1:(3～6)加入氨水；

16、优选地，按照硝酸钍和盐酸的摩尔比为1:(3～6)加入盐酸；

17、优选地，采用第二溶剂反复冲洗白色沉淀物的滤液电导率小于500μs/cm为止。

18、本发明还提供上述的钍聚合物纺纤前驱体的制备方法制得的钍聚合物纺纤前驱体。

19、本发明还提供包含上述的钍聚合物前驱体的氧化钍纳米纤维的制备方法，包括：

20、将钍聚合物纺纤前驱体、甲醇和聚氧化乙烯混合，配制成纺丝液；

21、在高压静电下，采用静电纺丝法进行纺丝，将所述纺丝液纺丝成钍聚合物前驱体纳米纤维；

22、将所述钍聚合物前驱体纳米纤维在热处理气氛中进行热处理，获得所述氧化钍纳米纤维。

23、进一步地，在所述的氧化钍纳米纤维的制备方法，加入的钍聚合物纺纤前驱体、甲醇和聚氧化乙烯的质量比为(50～300)：(200～900)：1；

24、优选地，在纺丝工序中，静电纺丝电压为3kv～20kv，纺丝液速度为0.3ml/h～2ml/h；

25、优选地，在纺丝工序中，纺丝温度为20℃～40℃，纺丝湿度为15％～45％；

26、优选地，在纺丝工序中，收丝距离为5cm～30cm；

27、优选地，在热处理工序中，所述热处理气氛为氮气、氩气或空气；

28、优选地，在热处理工序中，所述热处理过程为：以0.5℃/min～10℃/min升温至600℃～1200℃，保温1h～5h，随后随炉冷却。

29、本发明还提供上述的氧化钍纳米纤维的制备方法制得的氧化钍纳米纤维。

30、本发明还提供上述的氧化钍纳米纤维在中子屏蔽材料或可增殖核燃料中的应用。

31、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

32、本发明制备的钍聚合物纺纤前驱体所需原材料较为经济实惠，制备工艺较为简单。并且钍含量高、性质稳定，其配制的纺丝液成丝性好，制备的氧化钍纤维直径均匀，结构致密，柔韧性佳。该氧化钍纳米纤维材料可作为中子屏蔽材料、可增殖燃料用于核技术领域，同时还可作为耐高温材料用于制备特种陶瓷。

技术特征：

1.一种钍聚合物纺纤前驱体的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的钍聚合物纺纤前驱体的制备方法，其特征在于，每100g氯化钍粉末溶于500ml～2000ml的甲醇溶液中；

3.根据权利要求1所述的钍聚合物纺纤前驱体的制备方法，其特征在于，进行减压浓缩的温度为30℃～60℃；

4.根据权利要求1所述的钍聚合物纺纤前驱体的制备方法，其特征在于，所述氯化钍粉末的制备包括：

5.根据权利要求4所述的钍聚合物纺纤前驱体的制备方法，其特征在于，所述第二溶剂包括：水、甲醇和乙醇中的一种或两种；

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的钍聚合物纺纤前驱体的制备方法制得的钍聚合物纺纤前驱体。

7.一种包含权利要求6所述的钍聚合物前驱体的氧化钍纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的氧化钍纳米纤维的制备方法，其特征在于，

9.一种根据权利要求7或8所述的氧化钍纳米纤维的制备方法制得的氧化钍纳米纤维。

10.一种如权利要求9所述的氧化钍纳米纤维在中子屏蔽材料或可增殖核燃料中的应用。

技术总结
本发明公开了钍聚合物纺纤前驱体、氧化钍纳米纤维及制备方法和应用，属于核材料技术领域。本发明以氯化钍为钍源、乙酰丙酮为配体、三乙胺为除氯剂，制备钍聚合物纺纤前驱体；并以钍聚合物为纺纤前驱体、甲醇为溶剂、聚氧化乙烯(PEO)为纺丝助剂配制纺丝液，通过静电纺丝得到钍聚合物前驱体纤维，并对前驱体纤维进行热处理后得到氧化钍纳米纤维。本发明制备的钍聚合物纺纤前驱体钍含量高、性质稳定，其配制的纺丝液成丝性好，制备的氧化钍纤维直径均匀，结构致密，柔韧性佳。该氧化钍纳米纤维材料可作为中子屏蔽材料、可增殖燃料用于核技术领域，同时还可作为耐高温材料用于制备特种陶瓷。

技术研发人员：曾诚,谢永帅,李鑫浩,邓哲哲,李佳,龙绍军,朱陆益,曾飞祥
受保护的技术使用者：中国核动力研究设计院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21