一种接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂及其制备方法和应用

本发明属于材料科学，具体涉及一种接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、核能由于其高能源密度性和环境友好性，因此被认为是一种绿色高效能源，在解决世界能源短缺问题等方面发挥着重要作用。铀作为核反应堆的主要原材料，在可替代清洁高效能源的开发过程中发挥着不可替代的作用，关系到经济建设和生态环境的协调健康发展。海域中铀含量约为陆地铀资源的数千倍，能保证人类上万年的能源需求。因此，从海水中提取铀不仅能解决当前能源供应不足，环境污染严重等问题，而且为核能工业的持续健康发展提供强有力的保障，对经济建设以及能源自足具有重大的战略和现实意义。

2、目前，从海水中分离提取铀的方法主要包括沉淀法、溶剂萃取法、膜分离法、离子交换法和吸附法等。吸附法具有操作简单、成本低、效率高、易回收等优势，是现今在海水提铀研究中应用最多的方法之一。吸附材料主要有两大类：第一类是无机类吸附材料，无机类吸附材料一般包括金属氧化物、天然矿物、碳材料和硅材料等。第二类是有机类吸附材料，有机吸附剂按照螯合基团的不同可以分为以磷、氧基团为主的螯合材料，以氮、氧基团为主的螯合材料和以硫、磷、氮基团为主的螯合材料。有机类吸附材料上与铀的结合位点一般包括磷酸酯、肟基、氨基、酚羟基和偕胺肟基等，但现有的海水提铀吸附剂仍然存在吸附效率低、生产成本高、回收再利用困难等缺陷，仍需要开发更多样性的与铀酰离子螯合的吸附剂至关重要。

3、针对现有的海水提铀吸附剂存在的吸附效率低、生产成本高以及回收再利用困难的技术问题，急需找到一种新的安全、高效、经济、能够与铀酰离子螯合的吸附剂，来提高海水提铀的效率，为解决当前能源供应不足，环境污染严重等问题提供新的思路。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂及其制备方法和应用，以解决现有的海水提铀吸附剂存在的吸附效率低、生产成本高以及回收再利用困难的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂的制备方法，包括：

4、先将明胶、丙烯酰胺和交联剂溶解在去离子水中，加入引发剂反应至凝胶状，得到明胶/聚丙烯酰胺水凝胶；再将盐酸羟胺与碱性物质加入去离子水中，搅拌均匀，至ph值为9～14，得到羟胺溶液；最后将明胶/聚丙烯酰胺水凝胶与羟胺溶液混合反应，经水洗，冷冻，冷冻干燥后，得到接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂。

5、优选地，明胶：交联剂：引发剂的质量比为0.08～0.15：0.001～0.003：0.001～0.005；丙烯酰胺的摩尔浓度为2～5mol/l。

6、优选地，丙烯酰胺：盐酸羟胺的摩尔比为1：(1～1.4)。

7、优选地，加入引发剂反应的条件为：在50～80℃反应1～2h。

8、优选地，交联剂为n,n’-亚甲基双丙烯酰胺、乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯和戊二醛中的任意一种或多种；引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

9、优选地，碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水和碳酸钠中的任意一种或多种。

10、优选地，明胶/聚丙烯酰胺水凝胶与羟胺溶液混合反应的条件为：50～80℃反应12～24h。

11、优选地，水洗次数为3～5次；冷冻条件为：-20～-30℃下冷冻12～48h；冷冻干燥时间为48～96h。

12、本发明还公开了上述制备方法制得的接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂。

13、本发明还公开了上述接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂在海水提铀中的应用。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、本发明公开了一种接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶的制备方法，分别制备出羟胺溶液和明胶/聚丙烯酰胺水凝胶，最后将两者混合反应后制备出接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶。将羟肟酸作为端基引入聚丙烯酰胺网络中，以提高水凝胶的吸附性能，制备出具有优异提铀性能的水凝胶。通过“一锅法”制备，合成方法简单，由明胶、聚丙烯酰胺组成的双网络提供了良好的机械性能，水凝胶中的氨基酸、氨基和羟肟酸等官能团提供了良好的吸附性能。羟肟酸(ha)是一类有机物，是羧酸分子中羧基二价氧被肟基取代的羧酸衍生物。羟肟酸类化合物是一类对金属离子具有高效选择性的典型螯合剂。由于其分子结构中具有含孤对电子的氧和氮并且位置相互靠近，使它能与金属离子螯合生成稳定的螯合物。由于具有两个带孤对电子的极性基团，可以与uo22+离子形成稳定的五元环配合物。本发明利用羟肟酸接枝到明胶/聚丙烯酰胺水凝胶上对铀酰离子进行螯合，将羟肟酸引入明胶/聚丙烯酰胺水凝胶网络，利用羟肟酸的良好螯合铀的性能增加明胶/聚丙烯酰胺水凝胶的螯合性和利用性，使制得的接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶具有优异的螯合性和高力学性能的结合。该接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶制备运用的材料成本较低，并且运用生物质材料，为生物质材料高值化利用提供了帮助，为更多样性的的海水提铀吸附剂制备提供借鉴。

16、本发明还公开了上述制备方法制得的接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶，该接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶。该水凝胶具有良好机械性能与吸附性能，拓展了水凝胶的多元化利用。

17、本发明还公开了上述接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶在海水提铀中的应用，该接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶应用于海水提铀时，羟肟酸官能团提供了水凝胶对铀良好的选择性，为海水提铀材料提供了选择性。

技术特征：

1.一种接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，所述明胶：交联剂：引发剂的质量比为0.08～0.15：0.001～0.003：0.001～0.005；丙烯酰胺的摩尔浓度为2～5mol/l。

3.根据权利要求1所述的一种接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，所述丙烯酰胺：盐酸羟胺的摩尔比为1：(1～1.4)。

4.根据权利要求1所述的一种接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，所述加入引发剂反应的条件为：在50～80℃反应1～2h。

5.根据权利要求1所述的一种接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，所述交联剂为n,n’-亚甲基双丙烯酰胺、乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯和戊二醛中的任意一种或多种；所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

6.根据权利要求1所述的一种接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水和碳酸钠中的任意一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，所述明胶/聚丙烯酰胺水凝胶与羟胺溶液混合反应的条件为：50～80℃反应12～24h。

8.根据权利要求1所述的一种接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，所述水洗次数为3～5次；冷冻条件为：-20～-30℃下冷冻12～48h；冷冻干燥时间为48～96h。

9.权利要求1-8任意一项所述制备方法制得的接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂。

10.权利要求9所述接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂在海水提铀中的应用。

技术总结
本发明公开了一种接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂的制备方法，属于材料科学技术领域。分别制备出羟胺溶液和明胶/聚丙烯酰胺水凝胶，再将两者混合反应，将具有亲铀性的羟肟酸作为吸铀官能团引入水凝胶网络中，以提高水凝胶的吸附性能，制得吸附性能更加优异的接枝羟肟酸的明胶/聚丙烯酰胺双网络水凝胶吸附剂。本发明通过“一锅法”制备，制备路线简单，结合水凝胶的亲水性和成本低的优点，由明胶、聚丙烯酰胺组成的双网络提供了良好的机械性能，水凝胶中的氨基酸、氨基和羟肟酸等官能团提供了良好的吸附性能。降低了体系在设计和加工上的复杂性，增加了海水提铀吸附剂的多样性，实现了生物质材料高值化利用。

技术研发人员：强涛涛,王愉,任龙芳
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27