含偕胺肟基功能高分子膜的制备及其对海水中铀吸脱附性能的研究

论文摘要

铀是普遍使用的核燃料,也是重要放射性污染源之一。发展海水提铀技术可以克服陆地铀矿分布不均匀的缺点,提高贫铀国家的能源安全性,相关技术可以应用于铀污染治理中,具有重要的意义。本课题采用铝片为基体材料制备二茂铁基偕胺肟基功能膜电极,用于海水提铀的相关实验。探究影响铀吸附的多种因素及实现电化学脱附的最佳条件。（1）采用自由基聚合法合成聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）,使用二茂铁甲酸对PGMA进行开环反应制备PGMA-Fca,n（Fca）:n（PGMA）=0.7时,开环率取得最大值为36%。同时实验制备了N,N-二异氰酸酯胺（HNCD）。（2）KH550溶液(VKH550:V水:V乙醇=3:92:5)的最佳水解pH为9-11,水解后12 h电导率达到最大值。对铝片碱蚀后进行KH550自组装,最佳组装时间为60-120 s。（3）采用层层自组装的方式将HNCD、PGMA-Fca组装到基体表面。基体在1%HNCD、0.5%PGMA-Fca的DMF溶液中的最佳组装时间为分别为25 min、15min。电极功能化采用50 g/L的盐酸羟胺溶液,80℃条件下偕胺肟化最佳时间为50 min。（4）考察了吸附时间、海水pH及铀初始浓度对材料吸附性能的影响。功能电极在室温下9 h左右可以对铀达到吸附平衡,、最佳pH为6-7,平衡吸附量为9.36 mgU·g-1。通过铀吸附等温线可以看到,初始浓度对平衡吸附量影响较大。动力学方程拟合结果表明功能电极对铀的吸附符合准二级动力学方程。使用Langmuir和Freundlich模型对铀吸附等温线数据进行拟合,结果表明,数据符合Langmuir模型。证明功能电极对铀的吸附主要是强络合作用或者化学吸附。（5）功能电极在不同支持电解质溶液中进行循环伏安测试,结果表明功能电极在磷酸盐缓冲液中的稳定性优于3.5%氯化钠溶液,脱附电压φpc=-0.46 V。

论文目录

摘要

abstract

第一章绪论

1.1 海水提铀

1.1.1 海水提铀历史

1.1.2 海水提铀主要方法

1.1.2.1 化学沉淀法

1.1.2.2 离子交换法

1.1.2.3 生物法

1.1.2.4 溶剂萃取法

1.1.3 海水提铀吸附剂

1.1.3.1 无机吸附剂

1.1.3.2 合成聚合物

1.1.3.3 生物聚合物

1.2 铀含量检测方法

1.2.1 电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）

1.2.2 火焰原子吸收光谱法（FAAS）

1.2.3 电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）

1.2.4 分光光度法

1.3 二茂铁

1.4 自组装成膜

1.4.1 大分子薄膜制备方法

1.4.2 大分子自组装膜的应用

1.5 化学修饰电极

1.5.1 化学修饰电极发展

1.5.2 化学修饰电极分类及制备方式

1.5.3 化学修饰电极表征

1.6 本课题研究内容

第二章自组装聚合物的合成

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂

2.2.2 原料精制

2.2.3 实验过程

2.2.3.1 乙酰基二茂铁的合成

2.2.3.2 二茂铁甲酸的合成

2.2.3.3 聚甲基丙烯酸缩水甘油酯的合成

2.2.3.4 N-（2-氰乙基）二乙醇胺（NCD）的合成

2.2.3.5 N,N-二异氰酸酯胺的合成

2.2.4 测试仪器

2.3 结果与讨论

2.3.1 乙酰基二茂铁的表征

2.3.1.1 乙酰基二茂铁的FTIR表征

1H NMR表征'> 2.3.1.2 乙酰基二茂铁的¹H NMR表征

2.3.1.3 乙酰基二茂铁的DSC表征

2.3.2 二茂铁甲酸的表征

2.3.2.1 二茂铁甲酸的FTIR表征

1H NMR表征'> 2.3.2.2 二茂铁甲酸的¹H NMR表征

2.3.2.3 二茂铁甲酸的DSC表征

2.3.3 聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）的表征

2.3.3.1 聚甲基丙烯酸缩水甘油酯的FTIR表征

1H NMR表征'> 2.3.3.2 聚甲基丙烯酸缩水甘油酯的¹H NMR表征

2.3.3.3 聚甲基丙烯酸缩水甘油酯的GPC表征

2.3.4 N-（2-氰乙基）二乙醇胺（NCD）表征

2.3.4.1 N-（2-氰乙基）二乙醇胺（NCD）的FTIR表征

1H NMR表征'> 2.3.4.2 N-（2-氰乙基）二乙醇胺（NCD）的¹H NMR表征

2.3.5 N,N-二异氰酸酯胺（HNCD）的FTIR表征

2.4 本章小结

第三章功能电极的制备

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验原料处理

3.2.3 实验过程

3.2.3.1 二茂铁甲酸对PGMA的开环反应（PGMA-Fca）

3.2.3.2 KH550 水解

3.2.3.3 铝片表面处理

3.2.3.4 KH550 及聚合物的组装

3.2.3.5 电极的偕胺肟化

3.2.4 测试仪器

3.3 结果与讨论

3.3.1 二茂铁甲酸对PGMA的开环反应（PGMA-Fca）

3.3.1.1 PGMA-Fca的 FTIR表征

1H NMR表征'> 3.3.1.2 PGMA-Fca的¹H NMR表征

3.3.1.3 二茂铁甲酸用量对开环率的影响

3.3.2 KH550 水解表征

3.3.2.1 KH550 在不同pH下电导率的变化。

3.3.2.2 KH550 水解时间与电导率的关系

3.3.2.3 KH550 水解产物的FTIR表征

3.3.3 铝片表面处理

3.3.3.1 机械打磨后表面形貌表征

3.3.3.2 碱蚀后表面形貌表征

3.3.4 KH550 组装后电极表征

3.3.4.1 电极表面形貌表征

3.3.5 HNCD自组装过程表征

3.3.5.1 电极质量增比与HNCD组装时间的关系

3.3.5.2 HNCD组装完成后电极形貌表征

3.3.6 PGMA-Fca自组装过程表征

3.3.6.1 电极质量增比与PGMA-Fca组装时间的关系

3.3.6.2 PGMA-Fca组装完成后电极形貌表征

3.3.7 电极偕胺肟化

3.4 本章小结

第四章偕胺肟基功能电极对铀吸脱附过程研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料

4.2.2 实验原料处理

4.2.3 实验过程

4.2.3.1 铀的最佳测定条件

4.2.3.2 功能电极对海水中铀的吸附

4.2.3.3 电化学脱附

4.2.4 测试仪器

4.3 结果与讨论

4.3.1 铀的最佳测试条件

4.3.1.1 铀紫外吸收波长的确定

4.3.1.2 偶氮氯膦Ⅲ用量的影响

4.3.1.3 溶液pH对吸光度的影响

4.3.1.4 铀标准工作曲线

4.3.2 功能电极对海水中铀的吸附

4.3.2.1 吸附时间对铀吸附量的影响

4.3.2.2 溶液pH对铀吸附过程的影响

4.3.2.3 吸附等温线

4.3.2.4 铀吸附后形貌表征

4.4 功能电极的电化学表征

4.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 顾廷海

导师: 辛浩波

关键词: 海水提铀,二茂铁,电化学脱附,偕胺肟基,功能电极

来源: 青岛科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 海洋学,有机化工,环境科学与资源利用

单位: 青岛科技大学

分类号: TQ424;X55

总页数: 89

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