一种吸附铀的聚多巴胺改性PAO薄膜材料及其制备方法

一种吸附铀的聚多巴胺改性pao薄膜材料及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种吸附铀的聚多巴胺改性pao薄膜材料及其制备方法，属于复合材料制备技术领域。


背景技术：

2.随着全球能源需求的逐渐增加和化石燃料储量的迅速减少，核能已经发展成为一种非常重要的替代绿色能源的电力生产。核能是解决全球能源短缺的主要途径之一，但核工业产生了大量含有放射性铀的废水，具有放射性和化学毒性，需要将其清除以达到严格的排放标准。
3.偕胺肟基中含有独特的官能团结构——胺基和肟基，易于与重金属离子络合，对铀酰有较好的吸附性能和优秀的吸附选择性。以聚丙烯腈为基体制备偕胺肟基吸附材料被认为是最好的选择之一。
4.另一方面，聚多巴胺可以容易地沉积在几乎所有类型的无机和有机基底材料上，结构中丰富的邻苯二酚和亚胺/胺基团的存在使其具有高亲水性，同时为重金属离子和有机污染物的结合提供活性位点，且所需实验条件温和，操作过程简单。其次，对于化学组成不同的基底材料，聚多巴胺沉积在其表面的相互作用机制也各不相同，比如静电相互作用、共价反应、非共价作用力(范德华力，氢键)，金属配位/螯合等，从而可赋予被改性材料各不相同的功能特性。因此，通过聚多巴胺对pao薄膜进行改性，进一步提高其吸附性能，使其可实际应用于真实含铀废水的处理。


技术实现要素：

5.本发明提供一种吸附铀的聚多巴胺改性pao薄膜材料及其制备方法，解决了现有技术存在的提铀效果不佳的问题。
6.本发明的技术方案：
7.一种吸附铀的聚多巴胺改性pao薄膜材料，包括以下步骤：
8.(1)制备铸膜液：将n,n-二甲基乙酰胺、盐酸羟胺和无水碳酸钠混合搅拌均匀后，加入聚丙烯腈加热进行肟化反应，获得偕胺肟化聚丙烯腈溶液，简称为pao溶液；
9.(2)薄膜成型及分离干燥：将pao溶液滴在玻璃板上，刮涂成厚度均匀的涂层，然后浸入水中分相脱膜，取出烘干干燥，获得pao薄膜；
10.(3)改性pao薄膜：配置tris缓冲液，调节ph值，加入盐酸多巴胺混合搅拌均匀后，得到聚多巴胺溶液，将pao薄膜加入聚多巴胺溶液中进行改性，改性完成后使用去离子水洗涤，干燥后获得聚多巴胺改性pao薄膜吸附剂材料。
11.进一步限定，步骤(1)中盐酸羟胺和聚丙烯腈的摩尔比为1:1。
12.进一步限定，步骤(1)中肟化反应温度为65℃，反应时间为18h。
13.进一步限定，步骤(2)中干燥处理温度为40℃，时间为24h。
14.进一步限定，步骤(2)中将涂层浸入水中3min后分相脱膜。
15.进一步限定，步骤(3)中tris缓冲液浓度为10mmol/l。
16.进一步限定，步骤(3)中调节tris缓冲液ph值至8.5。
17.进一步限定，步骤(3)中聚多巴胺溶液的浓度为1g/l。
18.进一步限定，步骤(3)中改性条件为室温、避光、有氧的条件下进行。
19.进一步限定，步骤(3)中改性时间为4～12h。
20.本发明有益效果：
21.(1)本发明利用多巴胺自聚合对采用非溶剂致相分离法制备的pao薄膜材料进行改性，聚多巴胺结构中丰富的邻苯二酚和亚胺/胺基团的存在使其改性后的薄膜具有高亲水性，同时为重金属离子和有机污染物的结合提供活性位点，使得改性后薄膜具有高吸附容量，对铀具有良好的选择性吸附，吸附速率快。
22.(2)本发明制造工艺简单，制备的薄膜在水溶液中可保持完整状态，便于分离和重复利用，吸附速率快，对铀酰具有高吸附容量。
23.(3)此外，本发明以pao薄膜的基底材料，在其表沉积聚多巴胺，相比于现有将pao粉末和聚多巴胺粉末复合为薄膜的具有制备周期短、无需任何添加剂与交联剂等优点。
附图说明
24.图1为实施例1中制备的pao薄膜的实物图；
25.图2为实施例1中制备的改性薄膜的实物图；
26.图3为pao薄膜的sem照片；
27.图4为实施例1中改性薄膜的sem照片。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
30.实施例1：
31.(1)铸膜液的制备：
32.在烧杯中称取45g n,n-二甲基乙酰胺溶液，然后加入6.5557g盐酸羟胺，室温搅拌至完全溶解后加入0.6556g无水碳酸钠，在室温下连续搅拌3h后加入5g pan粉末，搅拌均匀后放入水浴锅中65℃加热，磁力搅拌肟化反应18h，即可获得pao溶液。
33.(2)薄膜成型及分离干燥：
34.用胶头滴管吸取步骤(1)制备的pao溶液的上清液滴在玻璃板上，用涂膜机将铸膜液刮涂成厚度为0.8mm的均匀涂层，随后浸入到常温去离子水中分相脱膜3min，分相完毕后将膜取出，在40℃下干燥24h获得pao薄膜，如图1所示，pao薄膜为淡黄色的半透明状材料。
35.对pao薄膜进行微观结构表征，结果如图3所示，pao薄膜表面光滑平整，分布着许多形状不规则的小孔。
36.(3)聚多巴胺改性pao薄膜：
37.将三(羟甲基)氨基甲烷溶解于1000ml去离子水中，加入盐酸调节溶液ph值至8.5，获得10mm浓度的三(羟甲基)氨基甲烷缓冲液(tris缓冲液)，再加入盐酸多巴胺，得到浓度为1g/l聚多巴胺溶液，再加入干燥后的pao薄膜，搅拌反应4h后将改性膜取出，用去离子水洗涤数次，之后在40℃的鼓风干燥箱内干燥24h，即可得到改性薄膜，如图2所示，改性后的薄膜颜色逐渐向灰黑色转变，且颜色均匀，这表明多巴胺在pao薄膜表面的聚合是均匀的。
38.对改性薄膜进行微观结构表征，结果如图4所示，改性薄膜的表面粗糙，无孔隙的存在，且可以看到聚多巴胺像“鱼鳞”一样分层沉积在材料表面。
39.实施例2：
40.本实施例与实施例1不同处为：步骤(3)中pao薄膜在聚多巴胺溶液中搅拌反应8h。其余操作过程与参数设定与实施例1相同。
41.实施例3：
42.本实施例与实施例1不同处为：步骤(3)中pao薄膜在聚多巴胺溶液中搅拌反应12h。其余操作过程与参数设定与实施例1相同。
43.采用实施例3获得的改性薄膜进行铀吸附效果的测定，测试操作为：
44.取0.01g聚多巴胺改性pao薄膜样品(在0.1mol/l naoh溶液中，保持60℃，碱处理80min)，浸泡在ph＝5的铀浓度为100ppm的40ml铀溶液中，利用分光光度计计测定吸附前后铀的浓度，其吸附能力计算公式如下：
[0045][0046]
其中q
t
表示t时间内铀吸附的容量，c0表示初始的铀的浓度；ce表示在t时刻铀的浓度；v表示测试铀溶液的体积；m表示吸附剂的质量。
[0047]
重复实验得到的铀吸附效果如下表1所示：
[0048]
表1
[0049]
次数铀吸附容量mg/g1403.212403.1
[0050]
由上表可知，聚多巴胺改性pao薄膜材料的铀吸附容量高达403mg/g，且可以多次使用。
[0051]
对实施例1、实施例2和实施例3获得的改性薄膜进行铀吸附效果的测定，结果如下表2所示：
[0052]
表2
[0053]
实施例铀吸附容量mg/g1403.0852403.0453403.21
[0054]
由上表可知，pao薄膜在聚多巴胺溶液中改性时间对获得的改性薄膜的吸附效果影响不大。
[0055]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，鉴于本发明所属领域的技术人员可以对
上述实施方式进行适当的变更和修改，因此，本发明并不局限于上面所述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围之内。