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磁性羟肟化壳聚糖及其制备方法技术

技术编号:10090952 阅读:195 留言:0更新日期:2014-05-28 14:04
本发明专利技术公开了一种磁性羟肟化壳聚糖及其制备方法,先在壳聚糖分子中引入羧基,再在催化剂N—甲基吡咯烷酮(NMP)作用下将羧基转化为羟肟基团,最后将之与预制的磁流体混合,与戊二醛交联反应得到磁性羟肟化壳聚糖,合成的磁性羟肟化壳聚糖对铀具有极高的选择吸附性能。本发明专利技术提供的合成方法操作简单,反应条件温和,产率高,使用的催化剂具有毒性小、热稳定性、化学稳定性高等优点。本发明专利技术的磁性羟肟化壳聚糖可作为吸附剂用于铀矿冶放射性废水处理及铀的回收,对铀矿冶清洁生产和环境保护具有重要的实际意义。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种,先在壳聚糖分子中引入羧基,再在催化剂N—甲基吡咯烷酮(NMP)作用下将羧基转化为羟肟基团,最后将之与预制的磁流体混合,与戊二醛交联反应得到磁性羟肟化壳聚糖,合成的磁性羟肟化壳聚糖对铀具有极高的选择吸附性能。本专利技术提供的合成方法操作简单,反应条件温和,产率高,使用的催化剂具有毒性小、热稳定性、化学稳定性高等优点。本专利技术的磁性羟肟化壳聚糖可作为吸附剂用于铀矿冶放射性废水处理及铀的回收,对铀矿冶清洁生产和环境保护具有重要的实际意义。【专利说明】
本专利技术属于环境功能材料领域,涉及一种用于铀选择性分离的。
技术介绍
铀矿山、铀水冶厂及其他涉及放射性物质的企业产生的含铀废水中,其含铀质量浓度约为5mg/L,远高于国家排放标准(0.05mg/L),若将这些废水直接排放,会严重污染环境(文献1,王学刚,王光辉,谢志英:交联壳聚糖吸附处理低浓度含铀废水,金属矿山,9(2010),133-136)。同时含铀废水的直接排放也造成铀资源的巨大浪费,预计到2020年,中国核电对天然铀的需求量将达到3180?6540t (文献2,王洁,黄晓乃,刘迎九,丁德馨:壳聚糖吸附铀的机理探讨,金属矿山,5 (2009),149-151)。因此,为了充分利用铀资源,保障核电发展的铀供应,促进铀矿冶的清洁生产和环境保护,开发铀分离回收新技术具有重要的实际意义。甲壳素是地球上产量仅次于纤维素的第二大天然有机化合物,其脱乙酰产物壳聚糖是自然界中唯一的碱性氨基多糖,分子结构中含有丰富的氨基和羟基,这种独特的结构使壳聚糖从众多的天然高分子材料中脱颖而出,成为颇具应用前景的生物材料。壳聚糖分子中的氨基和羟基为壳聚糖的改性提供了条件,通过改性可以引入其他与金属离子具有高配位性能的功能官能团,以用于金属离子废水的处理。目前已报道的壳聚糖衍生物主要有水溶性壳聚糖衍生物、羧甲基壳聚糖衍生物、烷基壳聚糖衍生物等,羟肟壳聚糖衍生物也有文献报道(文献 3, Khaled Aiedeh, , Mutasem 0.Taha:Synthesis of iron-cross I inkedchitosan succinate and iron-crossI inked hydroxamated chitosan succinate andtheir in vitro evaluation as potential matrix materials for oral theophyllinesustained—release beads, European Journal of Pharmaceutical Sciences,13 (2001) 159 - 168 ;文献4,中南大学丁萍2007年博士学位论文“壳聚糖衍生物与金属配合物及药物制剂的缓释性能研究”),但其合成过程中使用的催化剂均为不溶于水、毒性大的二环己基碳二亚胺(DCCI),其应用限于生物医药方面,若应用到吸附剂领域,必须考虑后续的固液分离问题。因此,本专利技术基于羟肟基团对铀的高选择性配位以及N—甲基吡咯烷酮(NMP)毒性小、环境友好的特点,开发了新的合成路线,提高了壳聚糖分子中氨基的取代度,合成了磁性羟肟化壳聚糖吸附剂对铀的选择性好,吸附速率快,磁响应性高,便于采用磁分离对吸附剂进行回收,为铀矿冶废水的处理和铀的选择性回收开辟了新的方法和途径。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对铀矿冶废水处理和铀回收的技术难题,采用三步合成的方法得到了一种对铀具有高选择性的磁性羟肟化壳聚糖,并提供了铀吸附的应用技术参数和适用场合。本专利技术提供的一种磁性羟肟化壳聚糖的合成路线如式所示:【权利要求】1.磁性羟肟化壳聚糖,其特征在于结构式为: 2.权利要求1所述的磁性羟肟化壳聚糖的制备方法,其特征在于所述的制备方法通过如下所示的合成路线进行: 3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于所述的合成反应的具体步骤如下: 步骤一:以壳聚糖为起始原料,经过Schiff反应和还原反应生成羧基化壳聚糖; 步骤二:羧基化壳聚糖通过对羧基的改性得到羟肟化壳聚糖; 步骤三:羟肟化壳聚糖与磁性粒子再经过交联反应得到磁性羟肟化壳聚糖; 步骤一中,所述的Schiff反应是指壳聚糖在乙酸溶液中与α —酮戍二酸于pH为4~5,37 °C水浴中反应4小时,还原反应是指以硼氢化钠为还原剂于pH为6.5~7,37 °C水浴中继续反应24小时,各反应物的质量比为壳聚糖:硼氢化钠:α —酮戍二酸=1:0.75:1.6 ; 步骤二中,所述的改性是指引入盐酸羟胺,在N—甲基吡咯烷酮(NMP)催化下将羧基改性成羟肟基团,各反应物质量比为羧基化壳聚糖:盐酸羟胺:ΝΜΡ=7:7:1 ; 步骤三中,所述的交联反应是指羟肟化壳聚糖在乙酸溶液中与磁性纳米颗粒,以戊二醛为交联剂,在室温下机械搅拌10分钟,再在60°C恒温干燥箱内放置24小时,其中磁性纳米颗粒与羟肟化壳聚糖的质量比为1:1。4.权利要求1所述的磁性羟肟化壳聚糖在铀矿冶废水中铀的选择性吸附分离的应用。5.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,铀初始浓度为l_12mg/L范围内,吸附时间控制在30-60分钟,吸附温度为常温(25~40°C),吸附剂投加量lg/L废水,pH控制在.5.0 ~7.0。6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于所述的废水中还有K+、NH4\Ca2+、Mg2+、Mn2+等阳离子以及SO/—等阴离子。7.根据权利要求4-6任意一项所述的应用,其特征在于所述的选择吸附之后的磁性羟肟化壳聚糖采用0.05-0.2mol/L的NaOH对吸附剂进行解吸后,优选的,所述的磁性羟肟化壳聚糖重复使用5 次以上。【文档编号】B01J20/28GK103816872SQ201310537726【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日 【专利技术者】王劲松, 贾亮, 周洁, 梁俊, 邹晓亮, 陈源波, 林艳 申请人:南华大学本文档来自技高网
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【技术保护点】
磁性羟肟化壳聚糖,其特征在于结构式为:m和n分别代表不同单体的聚合度,其中n为100‑600之内的整数,m为50‑200之内的整数,并且不同单体可以是通过无规和/或嵌段共聚的方式存在于聚合物中,不同聚合物中m和n可以为不同的整数;此外,实心圆代表磁性纳米颗粒,优选为含有四氧化三铁的磁性纳米颗粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:王劲松贾亮周洁梁俊邹晓亮陈源波林艳
申请(专利权)人:南华大学
类型:发明
国别省市:湖南;43

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