【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种复合材料及复合材料的制备方法和用途。
技术介绍
1、天然铀是核工业发展的基础原料，在军事上能够用来制造核武器和核动力燃料，在国民经济建设方面主要用作核电反应堆的燃料。作为核电运行重要的核燃料，铀的供应是保障核电可持续发展的关键。
2、我国天然铀资源较为稀缺，在开发陆地铀资源的同时要寻求和开拓非常规铀资源。海水是重要和具有应用前景的非常规铀资源。海水中的铀主要以六价铀酰形式存在于碳酸铀酰或其中性电荷衍生物中，且浓度较低，具有大量竞争离子。
3、海水提铀的主流方法是吸附法，但是其存在提取容量不足、吸附平衡时间长等诸多挑战。相对于传统物理化学吸附过程，电化学海水提铀具有反应速率快、抗干扰性强等优势。电化学海水提铀的关键在于电极材料的研发。目前在电化学海水提铀的研究中，电极材料多为石墨烯、酰胺肟、壳聚糖等，但存在制备工艺复杂的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的在于提供一种复合材料，该复合材料对海水中的铀具有较高的提取效率。进一步地，该复合材料易于回收。本专利技术的另一个目的在于提供一种复合材料的制备方法，该制备方法得到的复合材料对海水中的铀具有较高的提取效率，易于回收。本专利技术的再一个目的在于提供上述复合材料的用途。
2、本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的。
3、一方面，本专利技术提供一种复合材料，该复合材料以碳毡为基体，在碳毡基体上负载有cds和改性聚丙烯腈，所述改性聚丙烯腈中的改性基团为偕胺肟基和羟基
4、改性聚丙烯腈能够提取海水中的铀元素。cds是窄禁带光催化材料，在可见光区域具有较高的光敏相应，在可见光激发下能将六价铀还原为四价铀。cds为粉体材料，在实际应用中存在分离回收困难的问题，使其应用受到限制。本专利技术将cds引入聚丙烯腈改性复合材料中，在电化学海水提铀中利用光电协同作用提高材料对铀的提取效率，同时解决了cds不易回收的问题。
5、另一方面，本专利技术提供了一种复合材料的制备方法，包括如下步骤：
6、(1)将cds和聚丙烯腈负载在碳毡上，得到负载有cds和聚丙烯腈的碳毡；
7、(2)将负载有cds和聚丙烯腈的碳毡中的聚丙烯腈进行偕胺肟改性，得到改性产物；
8、(3)将改性产物中的偕胺肟改性聚丙烯腈进行羟基改性，得到复合材料。
9、根据本专利技术的制备方法，优选地，步骤(1)中，将碳毡置于含有cds和聚丙烯腈的混合液中，然后超声，得到负载有cds和聚丙烯腈的碳毡。cds和聚丙烯腈可以以粉末态使用。
10、根据本专利技术的制备方法，优选地，混合液的溶剂选自n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种；混合液中cds和聚丙烯腈的质量比为(0.05～0.8):1。
11、在某些实施方式中，混合液中cds和聚丙烯腈的质量比为(0.1～0.5):1。
12、混合液中溶剂与聚丙烯腈的质量比可以为(10～50):1；优选为(20～40):1。
13、在某些实施方式中，将cds与溶剂搅拌混合，然后再与聚丙烯腈搅拌混合1～5h，优选为2～4h，得到含有cds和聚丙烯腈的混合液。聚丙烯腈可以为干燥后的聚丙烯腈。
14、在本专利技术中，可以将碳毡多次置于混合液中进行负载。采用超声的方式能够使cds和聚丙烯腈均匀有效地负载在碳毡上。在某些实施方式中，将碳毡置于混合液中，超声5～50min；优选为15～30min后取出烘干，得到第一负载物。将第一负载物置于混合液中，超声5～50min；优选为15～30min后取出烘干，得到第二负载物。将第二负载物置于混合液中，超声5～50min；优选为15～30min后取出烘干，得到负载有cds和聚丙烯腈的碳毡。
15、根据本专利技术的制备方法，优选地，还包括如下步骤：将含有硫化物和碱性试剂的第一溶液加入至含有水溶性镉盐的第二溶液中，然后在10～60℃下反应，得到cds。在某些实施方式中，可以采用恒流泵将第一溶液加入至第二溶液中。优选地，反应温度为20～40℃。反应时间可以为0.5～8h；优选为1～5h。
16、在某些实施方式中，包括如下步骤：将第一溶液和第二溶液反应得到的第一产物过滤，然后烘干，从而得到cds。
17、根据本专利技术的制备方法，优选地，所述硫化物为碱金属硫化物，所述碱性试剂为碱金属氢氧化物，所述第一溶液的溶剂为水，所述水溶性镉盐为氯化镉，所述第二溶液的溶剂选自水、含有1～6个碳原子的一元醇中的一种或多种。更优选地，第二溶液的溶剂为水和一元醇的混合物。
18、碱金属氢氧化物的实例包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾。碱金属硫化物的实例包括但不限于硫化钠、硫化钾。含有1～6个碳原子的一元醇的实例包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇。
19、根据本专利技术的制备方法，优选地，硫化物与水溶性镉盐的质量比为(0.3～2):(0.2～1.5)；所述硫化物与碱性试剂的质量比为(0.3～2):(8～20)。更优选地，硫化物与水溶性隔盐的质量比为(0.5～1.5):(0.3～0.8)。
20、第一溶液中，硫化物与溶剂的质量比为(0.3～2):(400～850)；优选为(0.5～1.5):(500～750)。
21、第一溶液中，硫化物与碱性试剂的质量比为(0.3～2):(8～20)；优选为(0.5～1.5):(10～15)。
22、第二溶液中，水溶性镉盐与溶剂的质量比为(0.2～1.5):(550～900)；优选为(0.3～0.8):(600～830)。
23、第二溶液中，水和一元醇的质量比为(500～850):(15～35)；优选为(550～800):(20～32)。
24、根据本专利技术的制备方法，优选地，骤(2)中，将负载有cds和聚丙烯腈的碳毡在碱性条件和钾盐存在下与盐酸羟胺反应。具体地，反应可以在水存在的条件下进行。在某些实施方式中，反应可以在恒温震荡器中进行。
25、钾盐的实例包括但不限于氯化钾。碱性条件可以由碱金属氢氧化物提供。碱金属氢氧化物的实例包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾。
26、步骤(2)中，反应温度可以为60～90℃；优选为65～85℃。反应时间可以为12～30h；优选为15～25h。
27、步骤(2)中，盐酸羟胺与钾盐的质量比可以为(2～7):(0.2～1.5)；优选为(3～6):(0.3～1.2)。
28、步骤(2)中，盐酸羟胺与碱金属氢氧化物的质量比可以为(2～7):(1.2～5)；优选为(3～6):(1.5～4)。
29、步骤(2)中，盐酸羟胺与水的质量比可以为(2～7):(65～110)；优选为(3～6):(70～100)。
30、在某些实施方式中，将水、盐酸羟胺和钾盐搅拌，然后加入碱金属氢氧化物搅拌，得到待反应液。将待反应液和负载有cds和聚丙烯腈的碳毡反应，从而得到改性产物。
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【技术保护点】
1.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料以碳毡为基体，在碳毡基体上负载有CdS和改性聚丙烯腈，所述改性聚丙烯腈中的改性基团为偕胺肟基和羟基。
2.一种复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将碳毡置于含有CdS和聚丙烯腈的混合液中，然后超声，得到负载有CdS和聚丙烯腈的碳毡。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，混合液的溶剂选自N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种；混合液中CdS和聚丙烯腈的质量比为(0.05～0.8):1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：将含有硫化物和碱性试剂的第一溶液加入至含有水溶性镉盐的第二溶液中，然后在10～60℃下反应，得到CdS。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硫化物为碱金属硫化物，所述碱性试剂为碱金属氢氧化物，所述第一溶液的溶剂为水，所述水溶性镉盐为氯化镉，所述第二溶液的溶剂选自水、含有1～6个碳原子的一元醇中的一种或多种。>
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硫化物与水溶性镉盐的质量比为(0.3～2):(0.2～1.5)；所述硫化物与碱性试剂的质量比为(0.3～2):(8～20)。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将负载有CdS和聚丙烯腈的碳毡在碱性条件和钾盐存在下与盐酸羟胺反应。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将改性产物与碱金属氢氧化物溶液反应，得到复合材料。
10.一种如权利要求1所述的复合材料或由权利要求2～9任一项所述的制备方法得到的复合材料在作为从海水中提取铀元素的电极材料中的用途。
...【技术特征摘要】
1.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料以碳毡为基体，在碳毡基体上负载有cds和改性聚丙烯腈，所述改性聚丙烯腈中的改性基团为偕胺肟基和羟基。
2.一种复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将碳毡置于含有cds和聚丙烯腈的混合液中，然后超声，得到负载有cds和聚丙烯腈的碳毡。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，混合液的溶剂选自n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种；混合液中cds和聚丙烯腈的质量比为(0.05～0.8):1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：将含有硫化物和碱性试剂的第一溶液加入至含有水溶性镉盐的第二溶液中，然后在10～60℃下反应，得到cds。
6.根据权利要求5所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋艳，陈树森，陈刚，李子明，王凤菊，吴浩天，高子腾，李壑，李昊，
申请(专利权)人：核工业北京化工冶金研究院，
类型：发明
国别省市：
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