一种基于液气液滴反应器制备水下黏附多孔水凝胶吸附剂的方法

本发明属于吸附分离功能材料制备，涉及一种基于液气液滴反应器制备水下黏附多孔水凝胶吸附剂的方法，尤其涉及一种pickering液气液滴反应器制备具有水下黏附特性的偕胺肟功能化多孔水凝胶吸附剂的方法，及其提铀的用途。

背景技术：

1、铀的放射性毒性、化学毒性以及在自然环境中的广泛存在，对生态环境和人类健康均造成严重影响。更重要的是，从海水中提铀比从铀矿中提取更环保。因此，从海水中提铀对未来核能的发展具有重要意义。

2、但是，由于海水中铀的浓度较低(约3.3ppb)、大量共存离子的竞争以及环境的复杂性，从海水中提铀仍然是一个巨大的挑战。迄今为止，人们已经采用了多种技术来提铀，包括吸附、离子交换、光催化还原、电催化还原、膜过滤、微生物修复等。鉴于需要处理大量水样，吸附法因其成本低、操作简单、效率高、无二次污染或二次污染少、易于多功能化和再生等优点而成为最有前途的海水提铀方法。然而，目前开发的从海水中有效提铀的材料大部分是粉末状的，难以固定与回收，阻碍了它们在海洋中的应用，因此有必要设计和制造具有吸附选择性好、吸附容量高、机械强度高的吸附剂。

3、基于偕胺肟(ao)功能化的水凝胶吸附剂被认为是最有希望用于从海水提铀吸附剂，因为其三维亲水网络不仅可分散和锚定大量偕胺肟功能化聚合物，还可以提供亲水通道加快吸附速率。然而，这些水凝胶由于网络结构单一往往机械强度较弱，无法长期承受恶劣的海洋环境，而且缺乏传统的可控调节的多孔结构以及回收难等问题，限制了其对铀酰离子的吸附及回收效率。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于克服现有水凝胶制备时多孔性与机械性能难以平衡、孔结构难以可控调节、实际应用时难以回收等问题，提供一种基于pickering液气液滴反应器制备具有水下黏附特性的偕胺肟功能化多孔水凝胶吸附剂的方法。以偕胺肟官能团为选择性配体，以甲基丙烯酸羟乙酯hema功能化的聚(n-异丙基丙烯酰胺-共-丙烯酸)微凝胶p(nipam-co-aac)-hema为聚合基体和表面活性剂，经多巴胺溶液处理制备了一种具有水下黏附特性的偕胺肟功能化的多孔水凝胶基吸附剂paomgel。

2、为达到上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

3、(1)聚丙烯偕胺肟pao的制备：

4、将nh2oh·hcl添加到n,n-亚甲基甲酰胺中，水浴加热至反应温度t1反应时间t1后在搅拌下加入na2co3和naoh，然后将形成的混合溶液搅拌下反应时间t2；持续搅拌下，再加入聚丙烯腈pan，待完全溶解后升温至反应温度t2继续反应时间t3；再次补充na2co3和naoh，继续反应时间t4后，离心收集上清液，直至没有沉淀产生为止，将上清液滴入纯水中收集产生的絮状物，冷冻干燥即得聚丙烯偕胺肟pao；

5、(2)hema功能化聚(n-异丙基丙烯酰胺-共-丙烯酸)微凝胶p(nipam-co-aac)-hema微凝胶的制备：

6、首先将n-异丙基丙烯酰胺nipam、丙烯酸aac、n,n’-二甲基甲酰胺bis和十二烷基磺酸钠sds溶于去离子水中；通入过量氮气排除其中的氧气，反应溶液在氮气保护下回流加热至反应温度t3并继续反应时间t5后，加入过硫酸钾kps的水溶液引发反应，反应时间t6后，将得到的微凝胶纳米颗粒p(nipam-co-aac)用去离子水透析纯化时间t7后；

7、取纯化后p(nipam-co-aac)的分散液，加入hema和edc，在温度t4下持续搅拌反应时间t8，所得到的产物经去离子水透析时间t9，冻干即得hema功能化的p(nipam-co-aac)微凝胶，记为p(nipam-co-aac)-hema微凝胶；

8、(3)聚偕胺肟功能化水下黏附多孔水凝胶的制备：

9、将p(nipam-co-aac)-hema微凝胶分散在pao的naoh溶液中，加入光引发剂irgacure 1173，搅拌时间t10形成水包气pickering高内相液气液滴反应器，然后经紫外光照引发聚合时间t11制备pao功能化的多孔水凝胶，再经多巴胺da溶液浸泡时间t12，冷冻干燥之后得到具有水下黏附特性的偕胺肟功能化多孔水凝胶，记为paomgel。

10、优选的，步骤(1)中，所述nh2oh·hcl，n,n-亚甲基甲酰胺，na2co3总量，naoh总量和聚丙烯腈的用量比为50-70mmol：35-55ml：35-45mmol：20-40mmol：50-70mmol；

11、反应温度t1为30-50℃，反应时间t1为20-60min；

12、搅拌下反应时间t2为2.0-4.0h；

13、反应温度t2为60-85℃，反应时间t3为12-36h；

14、反应时间t4为12-36h；

15、搅拌的转速均为600-1200rpm，离心的转速为10000-15000rpm。

16、优选的，步骤(2)中，所述nipam、aac、bis、sds和去离子水的用量比为1.2-1.6g：0.05-0.15g：0.01-0.05g：0.04-0.08g：80-120ml；反应温度t3为50-90℃，反应时间t5为0.5-1.5h；

17、nipam和kps的用量比为1.2-1.6g：0.06-0.1g；反应时间t6为2.0-6.0h；透析时间t7为1-3周，每天换水次数为2-4次；

18、纯化后p(nipam-co-aac)的分散液、hema和edc的用量比为30-70ml：1.6-2.0g：2.2-2.6g；温度t4为20-30℃，反应时间t8为2.0-6.0h，透析时间t9为5-9天，每天换水次数为2-4次。

19、优选的，步骤(3)中，p(nipam-co-aac)-hema微凝胶、pao的naoh溶液和引发剂irgacure 1173的用量比为50-150mg：0.5-1.5ml：5.0-15μl，

20、其中，pao的naoh溶液中，pao的浓度为20-40mg/ml，naoh溶液的浓度为0.5-1.5m；

21、搅拌的转速为12000-18000rpm，搅拌时间t10为0.5-1.5min；

22、紫外光的波长为360-400nm，功率为10-20w，聚合时间t11为0.5-1.5h；

23、多巴胺da溶液的浓度为0.5-1.5m；浸泡时间t12为0.5-1.5h。

24、将本发明基于液气液滴反应器制备的具有水下黏附特性的偕胺肟功能化多孔水凝胶吸附剂用于水中铀酰离子的选择性提取。

25、本发明的有益效果：

26、(1)本发明选择聚丙烯偕胺肟作为选择性提取铀酰离子的功能单元，以多孔的水凝胶为基底，多巴胺作为黏附单元，利用pickering液气液滴反应器制备了具有水下黏附特性的偕胺肟功能化的多孔吸附剂paomgel，实现了对铀酰离子的特异性吸附。

27、(2)本发明通过pickering液气液滴反应器制备了具有水下黏附特性的、富含偕胺肟官能团的多孔水凝胶，用于海水提铀研究结果表明提高了水凝胶基提铀吸附剂的传质动力学，解决了提铀吸附剂回收难的问题，简化了吸附剂的制备流程，同时增强了吸附剂的吸附容量；p(nipam-co-aac)-hema微凝胶颗粒不仅做为聚合基质，还做为pickering表面活性剂用于稳定液气界面，避免了分子表面活性剂的使用，减少了材料制备过程造成的污染。