一种磷化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于含铀废水处理技术领域，具体涉及一种磷化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术先将壳聚糖进行磷酸化处理，磷酸根与壳聚糖上的羟基发生取代反应，使壳聚糖表面具有大量的磷酸根，然后将磷酸化壳聚糖、壳聚糖、纳米零价铁和造孔剂均匀混合，进行干燥制备得到具有孔隙结构的海绵型复合凝胶材料，同时，纳米零价铁负载于海绵型磷酸化壳聚糖基体上，孔隙结构使得本发明专利技术所制备的磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料具有较大的比表面积，而且磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料的表面具有壳聚糖自身丰富的羟基、氨基和磷酸化改性后引入的磷酸基团，因而具有较高的反应活性，从而对六价铀具有优异的吸附性能。的吸附性能。的吸附性能。

【技术实现步骤摘要】
一种磷化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于含铀废水处理
，具体涉及一种磷化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]铀是核燃料的主要来源，核能作为一类清洁高效的能源，足够的铀才能保证核事业的发展。陆地上的铀含量相对匮乏，人们将目光转向了从海水和含铀废水中回收铀。其中，海水中铀的含量达到了4～4.5
×
109t，是陆地上全部铀含量的几千倍。
[0003]虽然海洋中的铀储量十分巨大，但海水是高度复杂的基质，其中富含高离子强度(盐分的平均含量约3.5％)、大量竞争离子(Na
+
、Mg
2+
、Ca
2+
、Cu
2+
等)和极低的铀浓度(3.3mg
·
m
‑3)。吸附法以其低廉的成本、简便的操作和较强的实用性等优点，成为从铀溶液中提取铀的主要方法之一。目前，已经有多种用于铀酰离子提取的吸附材料，如粘土矿物、介孔二氧化硅、树脂、壳聚糖、合成聚合物、碳族材料和多孔框架材料等。但是，在水环境中，铀的主要存在形式是可溶的六价铀(U(
Ⅵ
))。而上述吸附材料对六价铀的选择性和吸附性较差，吸附的六价铀因其溶于水而容易从吸附材料中解吸出来，重新进入水溶液，不利于铀的提取。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种磷化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料及其制备方法和应用，本专利技术制备的磷化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料对六价铀具有优异的吸附作用，并将可溶性的六价铀还原为不易溶的四价铀，从而提取海水或含铀废水中的铀。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将壳聚糖、磷酸化改性剂和催化剂第一混合后，进行磷酸化反应，得到磷酸化壳聚糖；
[0008](2)将所述磷酸化壳聚糖、壳聚糖、纳米零价铁和造孔剂第二混合后，进行冷冻干燥，得到磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料。
[0009]优选的，所述步骤(1)中，所述磷酸化改性剂包括五氧化二磷；所述壳聚糖和磷酸化改性剂的质量比为(1～10)∶(1～10)。
[0010]优选的，所述步骤(1)中，所述催化剂包括甲烷磺酸，所述壳聚糖的质量和催化剂的体积之比为1g∶(1～14)mL。
[0011]优选的，所述步骤(2)中，所述壳聚糖和磷酸化壳聚糖的质量比为(0.1～2)∶(0.05～1)。
[0012]优选的，所述步骤(2)中，所述磷酸化壳聚糖和纳米零价铁的质量比为(0.05～1)∶
(0.05～1)。
[0013]优选的，所述步骤(2)中，所述造孔剂包括NH4CO3溶液；所述NH4CO3溶液的质量浓度为10％。
[0014]优选的，所述步骤(2)中，所述纳米零价铁的质量和造孔剂的体积之比为(0.05～1)g∶(1～10)mL。
[0015]优选的，所述步骤(2)中，所述冷冻干燥的温度为
‑
85.5℃；所述冷冻干燥的时间为12～24h。
[0016]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料，包括具有磷酸基团的海绵型壳聚糖基体和负载于所述海绵型壳聚糖基体上的纳米零价铁；所述海绵型壳聚糖基体为磷酸化壳聚糖
‑
壳聚糖复合物。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料在提取海水或含铀废水中铀的应用。
[0018]本专利技术提供了一种磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将壳聚糖、磷酸化改性剂和催化剂第一混合后，进行磷酸化反应，得到磷酸化壳聚糖；(2)将所述磷酸化壳聚糖、壳聚糖、纳米零价铁和造孔剂第二混合后，进行冷冻干燥，得到磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料。本专利技术先将壳聚糖进行磷酸化处理，磷酸根与壳聚糖上的羟基发生取代反应，使壳聚糖表面具有大量的磷酸根，然后将磷酸化壳聚糖、壳聚糖、纳米零价铁和造孔剂均匀混合，进行干燥，在干燥过程中造孔剂产生大量气体，使壳聚糖和磷酸化壳聚糖共生成具有孔隙结构的海绵型复合凝胶材料，同时，纳米零价铁负载于海绵型磷酸化壳聚糖基体上，孔隙结构使得本专利技术所制备的磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料具有较大的比表面积，能够提供更大的反应平台；而且，磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料的表面具有壳聚糖自身丰富的羟基、氨基和磷酸化改性后引入的磷酸基团，因而具有较高的反应活性，从而对六价铀具有优异的吸附性能。
[0019]本专利技术制备的磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料中，纳米零价铁负载于海绵型磷酸化壳聚糖基体上，丰富的孔隙结构可以减少纳米零价铁与空气的接触，从而解决纳米零价铁容易氧化和易团聚的问题。
[0020]本专利技术将磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料用于提取海水或含铀废水中的铀，该材料所含有的丰富的羟基、氨基和磷酸基团对六价铀具有较高的亲和性，氨基和磷酸基团的螯合作用、羟基的质子化/脱质子化作用可以使六价铀化学吸附在磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料上，而且纳米零价铁的还原性能够将可溶性的六价铀还原为不易溶的四价铀，从而将铀从溶液中提取出来。
附图说明
[0021]图1为不同质量壳聚糖、磷酸化壳聚糖、零价纳米铁与不同体积NH4CO3对磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料的吸附性能影响变化图；
[0022]图2为吸附铀前后实施例1制备得到的磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料的表面形貌表征及各元素分布mapping图；
[0023]图3为吸附铀后实施例1制备得到的磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料中C、N、O、P、Fe、U的EDS图；
[0024]图4为吸附铀前后实施例1制备得到的磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料的傅里叶变换红外光谱图；
[0025]图5为吸附铀前后实施例1制备得到的磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料的XPS图；
[0026]图6为pH变化对Zeta电位和实施例1制备得到的磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料吸附U(
Ⅵ
)的影响图；
[0027]图7为初始铀浓度对实施例1制备得到的磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料吸附U(
Ⅵ
)的影响图；
[0028]图8为接触时间和温度对实施例1制备得到的磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料吸附U(
Ⅵ
)的影响图；
[0029]图9为共存离子对实施例1制备得到的磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料吸附U(
Ⅵ
)的影响图。
具体实施方式
[0030]本专利技术提供了一种磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0031](1)将壳聚糖、磷酸化改性剂和催化剂第一混合后，进行磷酸化反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将壳聚糖、磷酸化改性剂和催化剂第一混合后，进行磷酸化反应，得到磷酸化壳聚糖；(2)将所述磷酸化壳聚糖、壳聚糖、纳米零价铁和造孔剂第二混合后，进行冷冻干燥，得到磷酸化壳聚糖负载磁性纳米铁复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述磷酸化改性剂包括五氧化二磷；所述壳聚糖和磷酸化改性剂的质量比为(1～10)∶(1～10)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述催化剂包括甲烷磺酸，所述壳聚糖的质量和催化剂的体积之比为1g∶(1～14)mL。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述壳聚糖和磷酸化壳聚糖的质量比为(0.1～2)∶(0.05～1)。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述磷酸化壳聚糖和纳米零价铁的质量比为(0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清良，温思茜，王红强，胡鄂明，雷治武，黄莉，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：