本发明涉及化学及环境，特别是涉及一种电场辅助型氰基化mofs与石墨烯气凝胶复合的铀吸附材料及其制备方法。
背景技术：
1、核能作为一种高效、清洁、经济的能源，不仅可以提供安全、稳定的能源，而且还可以为人类社会带来巨大的经济效益，而且减少了空气污染，引起了全世界的关注。然而，作为核反应堆最重要的燃料之一，陆地矿石中有限的铀储备可能会在一个世纪内耗尽。幸运的是，海洋中的铀资源量估计约为45亿吨，显示出丰富的铀资源，如果能够提取和利用海洋中的铀资源，将使可持续核能生产至少1000年。因此，从海水中提取铀被认为是克服陆地铀资源短缺和实现可持续核能生产的最有前途的方法。
2、由于海水的超低浓度(～3.3ppb)、极高的盐度和异常高丰度的干扰离子，从海水中回收铀极具挑战性。迄今为止，已有多种策略被应用于海水中金属离子的萃取，如电化学萃取、吸附、光催化还原、膜分离、离子交换等方法。与其他方法相比，吸附法因其效果显著、操作简单、绿色环保、可大规模生产等优点，成为提取金属离子最有效、最环保的方法之一。
3、金属有机骨架材料(mofs)作为一类由金属节点和有机配体组成的多孔晶态材料，受到了广泛的关注。mofs因其具有高比表面积、高孔隙率、高度有序的孔结构、丰富的活性位点和可调的孔结构等特点，在开发新型铀吸附剂方面发挥了至关重要的作用。石墨烯气凝胶(ga)具有三维连续多孔网络结构，其继承了石墨烯和气凝胶高电导率、高比表面积、高孔隙率以及良好的机械强度等优点，近些年得到了广泛的应用。
4、针对现存吸附剂在水体中对六价铀富集时间长、吸附效率低的难题，亟需研发吸附量高、结构稳定且可以重复多次利用的铀富集复合材料。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种电场辅助型氰基化mofs与石墨烯气凝胶复合的铀吸附材料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现对铀的高效吸附去除。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、本发明技术方案之一：提供一种电场辅助型铀吸附复合材料的制备方法，步骤包括：
4、以含金属离子的盐与有机配体为反应物，经溶剂热反应，得到含氰基基团的mofs材料；所述有机配体为对苯二甲酸和2,5-二氰基对苯二甲酸；
5、以氧化石墨烯与羧基化纤维素纳米纤维为反应物，以乙二胺为交联剂，经水热反应，得到石墨烯气凝胶(ga)；
6、将含氰基基团的mofs材料与ga在溶剂中混合负载后，经烘干即得所述电场辅助型铀吸附复合材料。
7、进一步的，所述含金属离子的盐中的金属离子与有机配体的摩尔比为1:1～10。
8、进一步的，所述含金属离子的盐中的金属离子包括zr4+、fe3+、cu2+和zn2+中的至少一种。
9、进一步的，所述对苯二甲酸和2,5-二氰基对苯二甲酸的摩尔比为1:0.2～5。
10、进一步的，所述溶剂热反应的温度为120℃，时间为12～48h。
11、进一步的，所述氧化石墨烯与羧基化纤维素纳米纤维的质量比为1:0.1～1。
12、进一步的，所述氧化石墨烯与羧基化纤维素纳米纤维的质量之和与乙二胺的质量/体积比为0.055～0.1g:2μl。
13、进一步的，所述水热反应的温度为120℃，时间为8～12h。
14、进一步的，所述含氰基基团的mofs材料与石墨烯气凝胶的质量比为1:1～12.5。
15、进一步的，所述混合反应的时间为24～48h，温度为常温。
16、进一步的，所述溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。
17、本发明技术方案之二：提供一种由上述制备方法制得的电场辅助型铀吸附复合材料。
18、本发明技术方案之三：提供一种上述电场辅助型铀吸附复合材料在铀吸附中的应用。
19、进一步的，所述应用的方法为：将电场辅助型铀吸附复合材料加入水体(铀浓度为25～200mg/l)中进行吸附富集六价铀，吸附时间为5～1440min，吸附材料的添加量为每升水体投加20mg～200mg，水体的ph为3～10。
20、本发明技术方案之四：提供一种铀吸附电极，原料包括上述电场辅助型铀吸附复合材料。
21、本发明技术方案之五：提供一种上述铀吸附电极的制备方法，步骤包括：
22、将所述电场辅助型铀吸附复合材料分散于乙醇溶液中，然后加入萘酚，混合均匀后，涂覆于导电基底上，即得所述铀吸附电极。
23、进一步的，所述乙醇溶液的质量分数为75～95％。
24、进一步的，所述乙醇溶液与萘酚的体积比为40～80:1。
25、进一步的，所述混合均匀后的体系中电场辅助型铀吸附复合材料的含量为0.2～1g:50ml。
26、进一步的，所述导电基底为碳纸、碳布或石墨毡。
27、进一步的，所述铀吸附电极中电场辅助型铀吸附复合材料的负载量为0.2～2mg/cm2。
28、本发明技术方案之六：提供一种上述铀吸附电极作为吸附材料在电吸附富集铀中的应用。
29、进一步的，所述应用的方法为：以所述铀吸附电极作为工作电极，铂片电极作为对电极，ag/agcl作为参比电极，组成三电极体系，施加电压对水体(铀浓度为25～100mg/l)进行电吸附富集铀，电压为0～1.2v，水体的ph为3～10，吸附时间为5～1440min，吸附温度为25℃。
30、本发明公开了以下技术效果：
31、本发明电场辅助型铀吸附复合材料中的氰基基团对铀酰离子具有很强的络合作用，可以有效增加吸附材料对铀酰离子的吸附作用。金属离子通过与羧基中的氧发生交联作用，形成多孔mofs材料，可以提高孔隙率并增加活性位点，提高其吸附性能，通过多孔mofs材料石墨烯气凝胶结合，有效减弱了mofs材料的聚集，提高了吸附位点的利用，大大提高了对铀的吸附性能。本发明制得的吸附材料具有丰富的氰基基团，对六价铀具有吸附选择性能，在其他离子共存时也能优先选择吸附铀。
32、本发明针对现有mofs材料易于聚集和对六价铀的吸附量低，选择性低，无法适应成分复杂的海水等难题，提供了电场辅助型氰基化mofs与石墨烯气凝胶(ga)复合铀吸附材料，该吸附材料对六价铀具有优异的吸附选择性能，即使在铀浓度极低且成分复杂的海水条件下仍具有优异的选择性，并且该产品对环境友好且能循环使用。
33、本发明使用的原料环境友好、无毒无害，利用简单方法即可制备高性能的吸附材料。
1.一种电场辅助型铀吸附复合材料的制备方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含金属离子的盐中的金属离子与有机配体的摩尔比为1:1～10；所述对苯二甲酸和2,5-二氰基对苯二甲酸的摩尔比为1:0.2～5；所述含金属离子的盐中的金属离子包括zr4+、fe3+、cu2+和zn2+中的至少一种；所述溶剂热反应的温度为120℃，时间为12～48h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯与羧基化纤维素纳米纤维的质量比为1:0.1～1；所述氧化石墨烯与羧基化纤维素纳米纤维的质量之和与乙二胺的质量/体积比为0.055～0.1g:2μl；所述水热反应的温度为120℃，时间为8～12h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氰基基团的mofs材料与石墨烯气凝胶的质量比为1:1～12.5；所述混合反应的时间为24～48h，温度为常温；所述溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。
5.一种如权利要求1～4任一项所述制备方法制得的电场辅助型铀吸附复合材料。
6.一种如权利要求5所述的电场辅助型铀吸附复合材料在铀吸附中的应用。
7.一种铀吸附电极，其特征在于，原料包括权利要求5所述的电场辅助型铀吸附复合材料。
8.一种如权利要求7所述的铀吸附电极的制备方法，其特征在于，步骤包括：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述乙醇溶液的质量分数为75～95％；所述乙醇溶液与萘酚的体积比为40～80:1；所述混合均匀后的体系中电场辅助型铀吸附复合材料的含量为0.2～1g:50ml；所述导电基底为碳纸、碳布或石墨毡；所述铀吸附电极中电场辅助型铀吸附复合材料的负载量为0.2～2mg/cm2。
10.一种如权利要求7所述的铀吸附电极作为吸附材料在电吸附富集铀中的应用。
