CN114572960A - 一种用于吸附分离铀的氧化石墨炔膜材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于吸附分离铀的氧化石墨炔膜材料的制备方法，涉及铀固相萃取剂技术领域。本发明以六(三甲基硅炔基)苯(HEB‑TMS)为原料宏量制备氧化石墨炔，该制备方法操作简单易行、可重复、产率高；本发明制备的氧化石墨炔对铀具有高的截留率和选择性。

Description

一种用于吸附分离铀的氧化石墨炔膜材料的制备方法
技术领域
本发明涉及铀固相萃取剂技术领域，具体涉及的是一种用于吸附分离铀的氧化石墨炔膜材料的制备方法。
背景技术
核能是一种清洁、高效、经济的能源，在确保安全的前提下积极安全有序发展核电是实现“双碳”目标和应对气候变化的重要手段之一。
天然铀作为最基础的核燃料之一，无论是在核燃料循环前段从铀矿开采到铀元件的制备还是核燃料循环后段湿法后处理提取铀的过程中不可避免地将产生大量的含铀废水。因铀具有重金属毒性和放射性，若对其不进行净化处理直接排放将对人类健康和生态环境产生严重的危害。从含铀废水中吸附分离铀对实现铀资源回收和保护环境具有重要的意义。
石墨炔(graphdiyne，GDY)是2010年由李玉良课题组通过人工合成的二维全碳材料，由于该材料结构中仅存在sp(炔键)和sp2(苯环)杂化的碳，具有独特的孔道结构和电子性质、高的比表面积、形貌多样(墙、片、花状等)、优异的化学稳定性等优点，因此在电化学能源领域、催化、生物医药、环境(有机污染物、pb2+、Th4+、Cs+的去除)等领域具有广阔的应用前景。但是，石墨炔的宏量制备和将其作为固相萃取剂用于水中铀的吸附分离存在一定的困难。
氧化石墨炔(graphdiyne oxide，GDYO)作为有缺陷的石墨炔材料，相比于石墨炔具有丰富的含氧官能团和良好的水分散性，故在作为铀固相萃取剂材料方面具有潜在的应用价值。
发明内容
本发明提供了一种用于吸附分离铀的氧化石墨炔膜材料的制备方法，本发明的方法以六(三甲基硅炔基)苯(HEB-TMS)为原料宏量制备氧化石墨炔，该制备方法操作简单易行、可重复、产率高，并通过简单抽滤制得的氧化石墨炔膜对水中的铀具有高的截留率。
本发明首先提供了一种氧化石墨炔的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氯化亚铜和四甲基乙二胺和无水乙醇混合，搅拌；然后除去乙醇，加入乙二醇，得到铜催化剂乙二醇溶液；
(2)将所述铜催化剂乙二醇溶液、吡啶和乙二醇混合，得到A溶液；将六(三甲基硅炔基)苯、邻二氯苯、四丁基氟化铵的四氢呋喃溶液混合，得到B溶液；
(3)将所述A溶液和所述B溶液混合，避光静置，得到石墨炔；
(4)将所述石墨炔和浓硫酸混合，搅拌，然后加入双氧水，搅拌，然后升温继续搅拌，得到所述氧化石墨炔。
上述的制备方法，步骤(1)中，所述氯化亚铜和四甲基乙二胺的摩尔比为1∶1～1∶5；具体可为1∶1、1∶2或1∶5；
所述无水乙醇和氯化亚铜的摩尔比为15～90∶1；
所述搅拌的温度为室温，时间为12～48小时；具体可为12小时、24小时或36小时；
所述铜催化剂乙二醇溶液的浓度为20～80mg/mL；
所述除去乙醇的步骤中，采用旋转蒸发仪；具体的所述水浴温度为55℃。
上述的制备方法，步骤(2)中，所述铜催化剂乙二醇溶液、吡啶和乙二醇的体积比为15～75∶1∶625；
所述六(三甲基硅炔基)苯、邻二氯苯、四丁基氟化铵的四氢呋喃溶液的质量比为0.1～1.2∶550∶0.5～15。
所述四丁基氟化铵的四氢呋喃溶液的浓度为0.5～2mol/L，具体可为1mol/L。
上述的制备方法，步骤(3)中，所述A溶液和所述B溶液的体积比为0.5∶1～2∶1；
所述避光静置的时间为3～8天，温度为室温；
步骤(3)中，所述避光静置后还有抽滤、依次用稀盐酸、N，N-二甲基甲酰胺、去离子水和无水乙醇洗涤滤饼，干燥的步骤；
具体的，所述稀盐酸的浓度可为0.1～2.0mol/L；具体可为1.0mol/L；
所述干燥具体为真空干燥；更为具体的，所述干燥为45℃～80℃真空干燥12～24小时；
所述A溶液缓慢滴加到所述B溶液中。
上述的制备方法，步骤(4)中，所述石墨炔和浓硫酸的质量体积比为0.5～20mg/mL；具体可为0.5～10mg/mL；
所述石墨炔和双氧水的质量体积比为1～20mg/mL；具体的，所述双氧水为质量百分浓度为30％的双氧水溶液；
所述石墨炔和浓硫酸混合后的搅拌温度为0℃，时间为10～60min；具体可为20min、40min或60min；
加入双氧水后的搅拌温度为0℃，时间为0.5～2小时；具体可为0.5小时、1小时或2小时；
所述升温的温度为25～60℃；具体可为30℃、40℃或50℃；所述升温后继续搅拌的时间为2～8小时；具体可为2小时、3小时或6小时；
步骤(4)中，所述升温继续搅拌后还依次有冷却至室温加入水淬灭、抽滤、水和无水乙醇洗涤以及干燥的步骤；
具体的，所述水为去离子水；所述干燥具体可为真空干燥；更具体的，所述真空干燥的温度为45℃～80℃，时间为12～24小时；
所述双氧水的加入方式是缓慢滴加。
上述制备方法制备得到的氧化石墨炔也属于本发明的保护范围。
本发明还提供了上述氧化石墨炔在用于吸附分离铀中的应用。
所述氧化石墨炔用于吸附分离废水中的铀；具体的，所述废水的pH值为2～8，更具体可为2～6。
进一步的，本发明还提供了一种氧化石墨炔膜的制备方法，包括如下步骤：将上述的氧化石墨炔和水混合，超声，抽滤成膜，得到所述氧化石墨炔膜。
上述的制备方法中，所述氧化石墨炔和水的比为0.1～2.0mg/mL；
所述超声的温度为室温，时间为0.5～3小时；
具体的，所述超声用超声波振荡器超声；
所述抽滤成膜后有置于空气中晾干的步骤。
上述制备方法制备得到的氧化石墨炔膜和所述氧化石墨炔膜在用于吸附分离铀中的应用也属于本发明的保护范围。
所述氧化石墨炔膜用于吸附分离废水中的铀；具体的，所述废水的pH值为2～8，更具体可为2～6。
进一步地，所述铜催化剂可以提前制备，存放数个月有效，除以乙二醇作溶剂溶解存放外，可以以固体形式存放，根据需要再采用乙二醇进行溶解使用。
进一步地，所述石墨炔是以HEB-TMS作为原料且整个操作与反应过程无需保护气氛(不需要无氧无水条件)。
更进一步地，所述抽滤成膜是以水系微孔滤膜作为支撑膜，借助溶剂过滤器对氧化石墨炔膜(GDYO)水分散液进行抽滤，水系微孔滤膜选自聚醚砜膜、混合纤维素膜、尼龙膜、聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜中的一种，优选聚醚砜膜和混合纤维素膜；在本发明的一个实施例中，所述支撑膜为醋酸纤维素微孔滤膜。
所述氧化石墨炔膜在吸附分离铀中的应用中，所述氧化石墨炔可以以粉末、膜材料形式进行，采用的含铀废水净化装置为常规的过滤、减压抽滤、膜渗透、膜反渗透、超滤、纳滤技术中的一种。
本发明所述室温为本领域技术人员公知，一般为15～35℃。
本发明的具有如下有益效果：
本发明以合成宏量有缺陷的石墨炔材料及铀吸附分离应用为目的，以HEB-TMS为原料，通过优先合成铜催化剂，在周围环境条件下采用一步双有机相界面法制备GDY，并进一步通过采用浓硫酸/双氧水氧化处理GDY，在GDY的结构上引入含氧官能团缺陷位点，含氧官能团对铀酰离子具有强的络合能力。本发明通过改进GDY的制备方法和进一步采用温和的氧化试剂处理GDY，使得最终得到有缺陷的石墨炔膜材料对铀具有高的截留率和选择性。
附图说明
图1为实施例1制备的GDY的透射电子显微镜图；
图2为实施例1制备的GDY膜和GDYO膜对含铀废水的截留率对比图；
图3为实施例2制备的GDY的拉曼光谱图；
图4为实施例2制备的GDY的红外光谱图；
图5为实施例2制备的GDY的X-射线光电子能谱C 1s图；
图6为实施例2制备的GDYO的透射电子显微镜图；
图7为实施例2制备的GDYO膜的实物图；
图8为实施例2制备的GDYO膜截留铀前后的X-射线光电子能谱全谱图；
图9为实施例3制备的GDYO膜对含铀废水(多离子体系)的截留率对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例所用六(三甲基硅炔基)苯(HEB-TMS)购自江苏先丰纳米材料科技有限公司。
实施例1
(1)将0.3g氯化亚铜和0.45mL四甲基乙二胺(TMEDA)(摩尔比为1∶1)依次加入到4mL无水乙醇中(无水乙醇和氯化亚铜的摩尔比为22.6∶1)，搅拌12小时，然后通过旋转蒸发仪(水浴温度为55℃)去除乙醇溶剂，接着，加入10mL乙二醇溶解固体，得到铜催化剂乙二醇溶液，其浓度为75.71mg/mL。
(2)另取2个20mL样品瓶A和B，A瓶中依次加入0.65mL的铜催化剂乙二醇溶液、16μL吡啶和10mL乙二醇，并在振荡器中混合均匀，得到A溶液；B瓶中依次加入3.5mg HEB-TMS、10mL邻二氯苯、25μL四丁基氟化铵/四氢呋喃溶液(1mol/L)(HEB-TMS、邻二氯苯、四丁基氟化铵的四氢呋喃溶液的质量比为0.15∶550∶0.95)，并在振荡器中混合均匀，得到B溶液。
(3)取一个40×25mm称量瓶，倒入B溶液，然后缓慢滴加A溶液，避光静置4天，抽滤，依次用1.0mol/L稀盐酸、N，N-二甲基甲酰胺、去离子水和无水乙醇洗涤滤饼，接着置于45℃真空干燥箱中干燥24小时，得到GDY(1.8mg)。
(4)称取1.8mg GDY加入到3mL质量分数为98％浓硫酸中(石墨炔和浓硫酸的质量体积比为0.6mg/mL)，于0℃冰浴条件下搅拌20分钟，然后，缓慢滴加1mL双氧水(双氧水的质量百分浓度为30％，石墨炔和双氧水的质量体积比为1.8mg/mL)，在低温0℃冰浴条件下搅拌0.5小时，然后升温至中温30℃，继续搅拌反应2小时，冷却至室温条件后，加入30mL去离子水淬灭反应，抽滤，去离子水和无水乙醇洗涤，最后置于45℃真空干燥箱中干燥24小时，得到GDYO(1.0mg)。
(5)称取1.0mg的GDYO加入到10mL去离子水中，用超声波振荡器超声分散1小时，以醋酸纤维素微孔滤膜(直径25mm，孔径0.45μm)作为支撑膜，抽滤GDYO水分散液成膜，最后整体置于空气中晾干，即得到GDYO膜。
图1为上述制备的GDY的透射电子显微镜图，由图1可见，GDY为片状结构，具有明显的褶皱现象。
采用上述方法制备的GDY 1.0mg加入到10mL去离子水中，用超声波振荡器超声分散1小时，以水系滤膜作为支撑膜，抽滤GDY水分散液成膜，最后整体置于空气中晾干，即得到GDY膜。
为了探究本实施例所制备的GDYO膜对水中铀的截留性能。以20mL，pH＝4.70的含铀(11.3mg/L)酸性溶液作为过滤对象，采用上述制备的GDYO膜或GDY膜过滤含铀酸性溶液(使用溶剂过滤器进行过滤操作，采用真空泵进行减压抽滤并控制总的过滤时间为1h，真空压力表显示值为0.08MPa)。
pH＝4.70的含铀(11.3mg/L)酸性溶液配制方法与实施例2含铀酸性溶液方法相同。
采用ICP-OES对原液和滤液中的U浓度进行测量，计算截留率，截留率表达式为：
截留率(％)＝(C0-Ce)/C0×100％，
上式中C0为原液中铀的浓度，Ce为滤液中铀的浓度。
经计算，本实施例制备的GDYO膜对酸性水溶液中铀的截留率为96.48％，远高于GDY膜(0％)。此结果表明氧化石墨炔膜材料对铀具有高的截留率。
图2为GDY膜和GDYO膜对含铀废水的截留率对比图，表明GDYO膜对水中铀成功截留，GDY膜无效果。
实施例2
(1)将0.3g氯化亚铜和0.9mL四甲基乙二胺(TMEDA)(摩尔比为1∶2)依次加入到10mL无水乙醇中(无水乙醇和氯化亚铜的摩尔比为56.5∶1)，搅拌24小时，然后通过旋转蒸发仪(水浴温度为55℃)去除乙醇溶剂，接着，加入15mL乙二醇溶解固体，得到铜催化剂乙二醇溶液，其浓度为41.95mg/mL。
(2)另取2个30mL样品瓶A和B，A瓶中依次加入1.5mL的铜催化剂乙二醇溶液、32μL吡啶和20mL乙二醇，并在振荡器中混合均匀，得到A溶液；B瓶中依次加入50mg HEB-TMS、20mL邻二氯苯、600μL四丁基氟化铵/四氢呋喃溶液(1mol/L)(HEB-TMS、邻二氯苯、四丁基氟化铵的四氢呋喃溶液的质量比为1.05∶550∶11.41)，并在振荡器中混合均匀，得到B溶液。
(3)取一个70×35mm称量瓶，倒入B溶液，然后缓慢滴加A溶液，避光静置6天，抽滤，依次用1.0mol/L稀盐酸、N，N-二甲基甲酰胺、去离子水和无水乙醇洗涤滤饼，接着置于45℃真空干燥箱中干燥24小时，得到GDY(可同时进行多组)。
(4)称取56.6mg GDY加入到8mL质量分数为98％浓硫酸中(石墨炔和浓硫酸的质量体积比为7.1mg/mL)，于0℃冰浴条件下搅拌40分钟，然后，缓慢滴加3mL双氧水(双氧水的质量百分浓度为30％，石墨炔和双氧水的质量体积比为18.9mg/mL)，在低温0℃冰浴条件下搅拌1小时，然后升温至中温40℃，继续搅拌反应3小时，冷却至室温条件后，加入50mL去离子水淬灭反应，抽滤，去离子水和无水乙醇洗涤，最后置于50℃真空干燥箱中干燥24小时，得到GDYO(55.9mg)。
(5)称取2.5mg的GDYO加入到10mL去离子水中，用超声波振荡器超声分散2小时，以醋酸纤维素微孔滤膜(直径25mm，孔径0.45μm)作为支撑膜，抽滤GDYO水分散液成膜，最后整体置于空气中晾干，即得到GDYO膜。
图3为实施例2制备的GDY的拉曼光谱图，由图3可知，本发明的方法5次重复制备的GDY重现性好，均匀。
图4为实施例2制备的GDY的红外光谱图，由图4可知，本发明的方法5次重复制备的GDY重现性好，均匀。
图5为实施例2制备的GDY的X-射线光电子能谱C 1s图，由图5可知，本发明的方法制备的GDY质量好。
图6为实施例2制备的GDYO的透射电子显微镜图，由图6可知，本发明的方法制备的GDYO质量好。
图7为实施例2制备的GDYO膜的实物图，由图7可知，本发明的方法制备的GDYO膜质量好。
为了探究本实施例所制备的GDYO膜对不同pH值条件下水中铀的截留性能。截留实验详细过程如下：
准确称取0.2110g UO2(NO3)2·6H2O于烧杯中，加入5mL去离子水溶解，加入1滴质量分数为68％的浓硝酸，然后将其转移至1个100mL的容量瓶中，采用去离子水洗涤烧杯4次，并将洗液转移至容量瓶，最后采用去离子水定容至刻度线配制出浓度为1000mg/L的U(VI)母液，备用。接着，采用1mL移液枪从1000mg/L的U(VI)母液中取1mL加入到1个50mL干净烧杯中，加入20mL去离子水，搅拌均匀，并采用0.1mol/L的HNO3或0.1mol/L的NaOH调节溶液pH值为目标值，然后转移至1个100mL的容量瓶中，并采用同一pH值的水进行定容，摇匀后可得到某pH值，浓度为10mg/L的U(VI)溶液，待过滤用。按照上述方法，分别配制出pH值为2.23、3.00、3.93、5.01，铀浓度均为10mg/L的含铀酸性溶液。以20mL含铀(10mg/L)酸性溶液作为过滤对象，采用上述制备的GDYO膜分别过滤具有不同pH值的含铀酸性溶液(使用溶剂过滤器进行过滤操作，采用真空泵进行减压抽滤并控制总的过滤时间为1h，真空压力表显示值为0.08MPa)。
采用ICP-OES对原液和滤液中的U浓度进行测量，计算截留率，截留率表达式为：
截留率(％)＝(C0-Ce)/C0×100％，
上式中C0为原液中铀的浓度，Ce为滤液中铀的浓度。
经计算，本实施例制备的GDYO膜对酸性水溶液中铀的截留率为29.59～94.03％(pH＝2.23～5.01)。此结果表明氧化石墨炔膜材料对铀具有高的截留率和适应性。
为了获得截留铀后的GDYO样品，采用去离子水洗涤上述的截留铀(选择pH＝5.01的铀溶液)后的GDYO膜，然后将其置于50℃真空干燥箱中干燥12小时，收集使用后的GDYO进行X-射线光电子能谱分析。结果如图8所示，图8表明GDYO膜成功截留铀。
实施例3
(1)将0.3g氯化亚铜和2.25mL四甲基乙二胺(TMEDA)(摩尔比为1∶5)依次加入到15mL无水乙醇中(无水乙醇和氯化亚铜的摩尔比为84.8∶1)，搅拌36小时，然后通过旋转蒸发仪(水浴温度为55℃)去除乙醇溶剂，接着，加入20mL乙二醇溶解固体，得到铜催化剂乙二醇溶液的浓度为44.42mg/mL。
(2)另取2个30mL样品瓶A和B，A瓶中依次加入1.5mL的铜催化剂乙二醇溶液、32μL吡啶和20mL乙二醇，并在振荡器中混合均匀，得到A溶液；B瓶中依次加入50mg HEB-TMS、20mL邻二氯苯、650μL四丁基氟化铵/四氢呋喃溶液(1mol/L)(HEB-TMS、邻二氯苯、四丁基氟化铵的四氢呋喃溶液的质量比为1.05∶550∶12.36)，并在振荡器中混合均匀，得到B溶液。
(3)取一个70×35mrn称量瓶，倒入B溶液，然后缓慢滴加A溶液，避光静置8天，抽滤，依次用1.0mol/L稀盐酸、N，N-二甲基甲酰胺、去离子水和无水乙醇洗涤滤饼，接着置于60℃真空干燥箱中干燥24小时，得到GDY(可同时进行3组，共计产量74.2mg)。
(4)称取71.2mg GDY加入到10mL质量分数为98％浓硫酸中(石墨炔和浓硫酸的质量体积比为7.12mg/mL)，于0℃冰浴条件下搅拌60分钟，然后，缓慢滴加4mL双氧水(双氧水的质量百分浓度为30％，石墨炔和双氧水的质量体积比为17.8mg/mL)，在低温0℃冰浴条件下搅拌2小时，然后升温至中温50℃，继续搅拌反应6小时，冷却至室温条件后，加入100mL去离子水淬灭反应，抽滤，去离子水和无水乙醇洗涤，最后置于60℃真空干燥箱中干燥24小时，得到GDYO(62.1mg)。
(5)称取2.5mg的GDYO加入到20mL去离子水中，用超声波振荡器超声分散3小时，以醋酸纤维素微孔滤膜(直径25mm，孔径0.45μm)，抽滤GDYO水分散液成膜，最后整体置于空气中晾干，即得到GDYO膜。
为了探究本实施例所制备的GDYO膜材料对混合离子水中铀的截留性能。以20mL，pH＝4.30的含U、Sm、Nd、Ce、La、Sr、Zn、Co、Ni、Ba和Mn的11种混合离子(浓度均为0.1mmol/L)酸性溶液作为过滤对象。
多离子截留实验详细过程如下：
采用称量纸依次称取0.0628g UO2(NO3)2·6H2O、0.0556g Sm(NO3)3·6H2O、0.0553g Nd(NO3)3·6H2O、0.0543g Ce(NO3)3·6H2O、0.0547g La(NO3)3·6H2O、0.0266g Sr(NO3)2、0.0371g Ni(NO3)2·6H2O、0.0367g Co(NO3)2·6H2O、0.0328g Ba(NO3)2、0.0320g Mn(NO3)2·4H2O、0.0376g Zn(NO3)2·6H2O于同一烧杯中，加入5mL去离子水溶解，加入3滴质量分数为68％的浓硝酸，然后将其转移至1个250mL的容量瓶中，采用去离子水洗涤烧杯4次，并将洗液转移至容量瓶，最后采用去离子水定容至刻度线配制出各个金属离子浓度均为0.5mmol/L的混合离子溶液，备用。接着，采用10mL移液枪从0.5mmol/L的混合离子溶液中取10mL加入到1个50mL干净烧杯中，加入10mL去离子水，搅拌均匀，并采用0.1mol/L的NaOH调节溶液pH值为4.30，然后转移至1个50mL的容量瓶中，并采用同一pH值的水进行定容，摇匀后可得到pH＝4.30的含有11种金属离子，各个金属离子浓度均为0.1mmol/L的混合离子溶液，待过滤用。移取20mL混合离子溶液(各个金属离子浓度均为0.1mmol/L)作为过滤对象，采用上述制备的GDYO膜进行过滤截留实验(使用溶剂过滤器进行过滤操作，采用真空泵进行减压抽滤并控制总的过滤时间为1h，真空压力表显示值为0.08MPa)。
采用ICP-OES对原液和滤液中的各离子浓度进行测量，计算截留率，截留率表达式为：
截留率(％)＝(C0-Ce)/C0×100％，
上式中C0为原液中某离子的浓度，Ce为滤液中该离子的浓度。
经计算，本实施例制备的GDYO膜对混合离子酸性水溶液中铀的截留率为50％，相比于其他离子，氧化石墨炔膜材料对铀具有更好的选择性分离效果，此结果表明氧化石墨炔膜材料对铀具有高的截留率和选择性。
图9为GDYO膜对含铀废水(多离子体系)的截留率对比图，结果表明GDYO膜对铀效果最佳并具有一定的选择性，尤其是针对Zn、Co、Ni、Ba、Mn效果不佳。

Claims (10)

1.一种氧化石墨炔的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氯化亚铜和四甲基乙二胺和无水乙醇混合，搅拌；然后除去乙醇，加入乙二醇，得到铜催化剂乙二醇溶液；
(2)将所述铜催化剂乙二醇溶液、吡啶和乙二醇混合，得到A溶液；将六(三甲基硅炔基)苯、邻二氯苯、四丁基氟化铵的四氢呋喃溶液混合，得到B溶液；
(3)将所述A溶液和所述B溶液混合，避光静置，得到石墨炔；
(4)将所述石墨炔和浓硫酸混合，搅拌，然后加入双氧水，搅拌，然后升温继续搅拌，得到所述氧化石墨炔。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述氯化亚铜和四甲基乙二胺的摩尔比为1∶1～1∶5；
所述无水乙醇和氯化亚铜的摩尔比为15～90∶1；
所述搅拌的温度为室温，时间为12～48小时；
所述铜催化剂乙二醇溶液的浓度为20～80mg/mL。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述铜催化剂乙二醇溶液、吡啶和乙二醇的体积比为15～75∶1∶625；
所述六(三甲基硅炔基)苯、邻二氯苯、四丁基氟化铵的四氢呋喃溶液的质量比为0.1～1.2∶550∶0.5～15；
所述四丁基氟化铵的四氢呋喃溶液的浓度为0.5～2mol/L。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述A溶液和所述B溶液的体积比为0.5∶1～2∶1；
所述避光静置的时间为3～8天，温度为室温；
步骤(3)中，所述避光静置后还有抽滤、依次用稀盐酸、N，N-二甲基甲酰胺、去离子水和无水乙醇洗涤滤饼，干燥的步骤；
具体的，所述稀盐酸的浓度可为0.1～2.0mol/L；
所述干燥具体为真空干燥；更为具体的，所述干燥为45℃～80℃真空干燥12～24小时。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述石墨炔和浓硫酸的质量体积比为0.5～20mg/mL；
所述石墨炔和双氧水的质量体积配比为1～20mg/mL；
所述石墨炔和浓硫酸混合后的搅拌温度为0℃，时间为10～60min；
加入双氧水后的搅拌温度为0℃，时间为0.5～2小时；
所述升温的温度为25～60℃；所述升温后继续搅拌的时间为2～8小时；
步骤(4)中，所述升温继续搅拌后还依次有冷却至室温加入水淬灭、抽滤、水和无水乙醇洗涤以及干燥的步骤；
具体的，所述水为去离子水；所述干燥具体可为真空干燥；更具体的，所述真空干燥的温度为45℃～80℃，时间为12～24小时。
6.权利要求1-5中任一项所述制备方法制备得到的氧化石墨炔。
7.权利要求6所述的氧化石墨炔在用于吸附分离铀中的应用；
具体的，所述氧化石墨炔用于吸附分离废水中的铀；更具体的，所述废水的pH值可为2～8。
8.一种氧化石墨炔膜的制备方法，包括如下步骤：将权利要求6所述的氧化石墨炔和水混合，超声，抽滤成膜，得到所述氧化石墨炔膜。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨炔和水的比为0.1～2.0mg/mL；
所述超声的温度为室温，时间为0.5～3小时；
所述抽滤成膜后有置于空气中晾干的步骤。
10.权利要求8或9所述的制备方法制备得到的氧化石墨炔膜；
所述氧化石墨炔膜在用于吸附分离铀中的应用；
具体的，所述氧化石墨炔膜用于吸附分离废水中的铀；更具体的，所述废水的pH值可为2～8。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116332170A (zh) * 2023-03-30 2023-06-27 华中师范大学 一种松木基底、三维石墨炔及其制备方法
CN116571214A (zh) * 2023-05-15 2023-08-11 中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所 一种基于改性氧化石墨炔的汞富集膜的制备方法及其应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101774570A (zh) * 2010-01-27 2010-07-14 中国科学院化学研究所 一种制备石墨炔薄膜的方法
KR20140135886A (ko) * 2013-05-16 2014-11-27 건국대학교 산학협력단 수소흡착을 이용하여 에너지 밴드갭 조절 가능한 그래파인을 갖는 반도체 소자용 물질
CN109939665A (zh) * 2019-04-11 2019-06-28 中国科学技术大学 一种可见光下光解水产氧的氧化石墨炔纳米片及其制备方法以及应用
CN110350126A (zh) * 2018-04-02 2019-10-18 中国科学院化学研究所 氧化石墨炔薄膜材料及其制备方法和水体系二次电池
CN111333061A (zh) * 2018-12-18 2020-06-26 青岛科技大学 石墨炔薄膜的制备方法和石墨炔薄膜
CN113070064A (zh) * 2021-03-29 2021-07-06 中国科学院化学研究所 一种石墨炔基单原子催化剂的制备方法及其应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101774570A (zh) * 2010-01-27 2010-07-14 中国科学院化学研究所 一种制备石墨炔薄膜的方法
KR20140135886A (ko) * 2013-05-16 2014-11-27 건국대학교 산학협력단 수소흡착을 이용하여 에너지 밴드갭 조절 가능한 그래파인을 갖는 반도체 소자용 물질
CN110350126A (zh) * 2018-04-02 2019-10-18 中国科学院化学研究所 氧化石墨炔薄膜材料及其制备方法和水体系二次电池
CN111333061A (zh) * 2018-12-18 2020-06-26 青岛科技大学 石墨炔薄膜的制备方法和石墨炔薄膜
CN109939665A (zh) * 2019-04-11 2019-06-28 中国科学技术大学 一种可见光下光解水产氧的氧化石墨炔纳米片及其制备方法以及应用
CN113070064A (zh) * 2021-03-29 2021-07-06 中国科学院化学研究所 一种石墨炔基单原子催化剂的制备方法及其应用

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116332170A (zh) * 2023-03-30 2023-06-27 华中师范大学 一种松木基底、三维石墨炔及其制备方法
CN116332170B (zh) * 2023-03-30 2024-04-19 华中师范大学 一种松木基底、三维石墨炔及其制备方法
CN116571214A (zh) * 2023-05-15 2023-08-11 中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所 一种基于改性氧化石墨炔的汞富集膜的制备方法及其应用
CN116571214B (zh) * 2023-05-15 2023-10-03 中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所 一种基于改性氧化石墨炔的汞富集膜的制备方法及其应用

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