本文關(guān)鍵詞： 海水提鈾 鈾酰離子 吸附材料 偕胺肟基 凝膠層　出處：《中國科學(xué)院研究生院（上海應(yīng)用物理研究所）》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：由于陸地上鈾資源非常有限，為滿足日益增長的核能燃料的需求，人們從上個(gè)世紀(jì)50年代以來開始著手海水提鈾的研究工作。經(jīng)過不懈的努力和嘗試，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)吸附法是最有工業(yè)前景的海水提鈾方法。吸附材料中偕胺肟基系列化合物是目前公認(rèn)性能最好的吸附材料。偕胺肟基團(tuán)是決定偕胺肟類材料吸附性能的關(guān)鍵功能基團(tuán)，腈基轉(zhuǎn)化率（CR）及偕胺肟基團(tuán)密度（AOGD）是兩個(gè)重要的指標(biāo)。材料的吸附性能與偕胺肟基團(tuán)的含量，以及與偕胺肟化制備過程中材料的一些微觀變化的關(guān)系，應(yīng)該成為海水提鈾研究中值得深入探討的問題。 一般認(rèn)為，材料中偕胺肟基團(tuán)含量的增多，應(yīng)該成為提升材料的吸附性能的一個(gè)主要途徑。然而本論文認(rèn)為，當(dāng)材料的偕胺肟基含量達(dá)到一定程度，會引起材料形貌和性能的變化，并不再對吸附性能的提高有利，甚至形成阻礙。因此本論文的意義及目的就在于研究CR及AOGD與吸附性能的關(guān)系，探索規(guī)律，以期為海水提鈾用吸附材料的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。 本論文的研究內(nèi)容主要包括兩部分，首先是聚丙烯腈（PAN）纖維偕胺肟化反應(yīng)的規(guī)律研究，以及對其形貌和性能的表征。選用聚丙烯腈（PAN）纖維作為基材，與羥胺進(jìn)行偕胺肟化反應(yīng)制備得到偕胺肟基聚丙烯腈（AO-PAN）纖維，討論了諸如反應(yīng)時(shí)間、溫度、羥胺濃度、溶劑配比和體系pH等因素對AO-PAN纖維的CR及AOGD的影響。結(jié)果表明，反應(yīng)時(shí)間增長，溫度升高，羥胺濃度增大均在一定程度上對CR和AOGD的提高有利，達(dá)到某一程度后，CR及AOGD便不再增加，趨于平衡；中性條件最有利于偕胺肟化反應(yīng)；當(dāng)CR超過10.8%之后，隨著CR的繼續(xù)升高，纖維會變得收縮結(jié)塊，由柔軟變得脆硬。利用電子掃描顯微鏡及光學(xué)顯微鏡對AO-PAN纖維進(jìn)行了形貌表征，發(fā)現(xiàn)CR較高的單絲纖維有彎曲現(xiàn)象，但纖維表面并沒有明顯的裂痕或其他破損現(xiàn)象；AO-PAN纖維在水中浸泡后會在表面形成一層水凝膠，凝膠層的厚度會隨CR及AOGD的升高而不斷增大。利用電子單絲拉力測試儀及動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀（DMA）對AO-PAN纖維的力學(xué)性能進(jìn)行了表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過偕胺肟化反應(yīng)后的纖維的機(jī)械強(qiáng)度有所下降，原PAN纖維的斷裂強(qiáng)度為7.1cN/dTex，CR超過10.8%之后斷裂強(qiáng)度下降明顯，CR達(dá)到25.4%時(shí)，斷裂強(qiáng)度已降到5.5cN/dTex。 其次，本論文還研究了AO-PAN纖維在不同實(shí)驗(yàn)條件下的吸附性能。結(jié)果顯示，纖維對純鈾酰離子的吸附容量在48小時(shí)左右趨于平衡，隨著CR從0升高到4.7%，吸附容量從0急劇增加到2.3mg/g，當(dāng)CR超過10.8%時(shí)，吸附容量開始明顯下降，到CR為46.3%時(shí)，吸附容量已降至1.2mg/g。在真實(shí)與模擬海水以及對其他共存離子的吸附實(shí)驗(yàn)中也得到了一致的趨勢，吸附容量先隨著CR及AOGD的增大而升高，但當(dāng)CR超過10.8%，AOGD超過1.9mmol/g時(shí)，，吸附容量則開始明顯下降。研究結(jié)果表明AO-PAN纖維對鈾酰離子及競爭離子的吸附容量與CR及AOGD并不是呈線性的關(guān)系，升高CR及AOGD只有在較低時(shí)對纖維的吸附性能有利，過高則會影響材料吸附性能的表現(xiàn)。這是由于隨著CR及AOGD的升高，相應(yīng)地在纖維表面形成的凝膠層厚度也會增加，當(dāng)凝膠層厚度超過1.4μm則會對AO-PAN纖維的吸附性能造成嚴(yán)重阻礙。 綜合分析后本論文得出結(jié)論，在AO-PAN纖維的制備過程中，單純提升纖維的CR和AOGD并不可取，需要結(jié)合對纖維的機(jī)械強(qiáng)度及表面凝膠層厚度的控制，把握好這三者的平衡點(diǎn)，才能制備出擁有理想性能的吸附材料。
[Abstract]:As a result of the limited uranium resources on land , the research on uranium extraction has been initiated since the 1950s . It has been found that the adsorption method is the most promising method for uranium extraction . The amidoxime group is the key functional group which determines the adsorption property of amidoxime . The relationship between the adsorption performance of the material and the content of amidoxime group and the microscopic changes of the material in the process of preparation of amidoxime should be an important problem in the study of uranium extraction . It is believed that the content of amidoxime groups in the materials should be one of the main ways to improve the adsorption properties of the materials . However , the present paper holds that the relationship between CR and AOGD and the adsorption performance is studied . Therefore , the significance and purpose of this paper are to study the relationship between the CR and AOGD and the adsorption performance , and to explore the law , in order to provide a reference for further development of the adsorption material for uranium extraction . The effects of reaction time , temperature , hydroxylamine concentration , solvent ratio and pH value on the mechanical properties of AO - PAN fibers were studied . The results showed that the adsorption capacity of AO - PAN fibers increased with the increase of CR and AOGD , but the adsorption capacity increased with the increase of CR and AOGD . The results showed that the adsorption capacity of AO - PAN fibers increased with the increase of CR and AOGD . The results showed that the adsorption capacity of AO - PAN fibers was increased with the increase of CR and AOGD . After the comprehensive analysis , it is concluded that in the preparation of AO - PAN fiber , only the CR and AOGD of the fiber are not preferable , the mechanical strength of the fibers and the thickness of the surface gel layer are controlled , and the equilibrium points of the three are grasped , so that the adsorption material with desirable properties can be prepared .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（上海應(yīng)用物理研究所）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ136.2;TQ424

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1509995