一种含五价铀的碳点类凝胶状液体复合材料的制备方法

本发明属于铀无机合成领域，具体地说，涉及一种含五价铀的碳点类凝胶状液体复合材料的制备方法。

背景技术：

1、铀的电子构型为[rn]5f36d17s2，可呈现+3、+4、+5、+6等多种价态。铀的5f和6d轨道均具有成键能力，使铀化合物常表现出不同于过渡金属和镧系元素的性质。通常认为，五价铀（u(v)）在水溶液中易发生歧化反应，因此常见的铀离子和化合物以四价和六价为主。研究表明，在特定微环境（如强还原性微生物作用环境）或特定晶体/配位结构（如矿物晶格、金属有机框架）中，五价铀可稳定存在并形成稳定固定相。但含五价铀交联的碳点类凝胶材料的制备却鲜见报道，其对于丰富人们对基础锕系元素特殊价态材料化学的认知，发展先进的乏燃料后处理技术具有重要意义。

2、现有技术cn111099659a公开了一种五价铀的制备方法及其应用。该制备方法将八氧化三铀与氯化铵置于氯化物熔盐中，在隔绝水和氧气的条件下，加热反应即得五价铀，反应温度为350℃～800℃。该方法需在隔绝水和氧气的条件下进行，加热反应温度相对偏高，无法在室温下制备，且熔盐方法成本较高，隔绝水和氧气的操作条件较为苛刻，在一定程度上限制了五价铀材料的进一步研究和应用。

3、现有技术cn113293390a公开了一种在水溶液中电化学还原制备五价铀的方法、装置及其应用。该方法在含有六价铀的水溶液中，以导电性好的材料作为阳极，以钛片作为阴极，通过直流电源外加电压将六价铀电化学还原转化为五价铀并富集在阴极表面，将富集有五价铀的钛电极从溶液中取出，用氮气吹干后，将表面沉积的产物刮下，得到五价铀。该方法中钛金属电极价格较为昂贵，且需要外加直流电源及氮气吹干等辅助操作，工艺步骤相对复杂。

4、因此，如何提供一种制备条件相对温和且能稳定五价铀的交联碳点基凝胶材料，是本领域需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明要解决现有技术普遍存在的高能耗、高成本技术问题，而提供一种含五价铀的碳点类凝胶状液体复合材料的制备方法，该技术制备的碳点稳定五价铀材料具有原材料成本低，制备方法简单的特点，另外，该类凝胶状液体材料可以在室温下稳定存在数月，为研究五价铀的光学、磁学、医学和催化性能提供理想的研究载体。本发明在温和条件、低成本、低能耗、绿色环保、连续化生产、规模化实施以及产物稳定性等方面均具有显著优势，更适合五价铀材料的进一步研究和实际应用。

2、为了实现上述技术问题，本发明采取了以下的技术方案：

3、本发明的目的在于提供一种含五价铀的碳点类凝胶状液体复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、步骤1、将1-乙基-6-氟-1,4-二氢-4-氧代-7-(1-哌嗪基)-3-喹啉羧酸分散于去离子水中，充分磁力搅拌至均匀；

5、步骤2、然后水热反应，反应完成后自然冷却至室温，过滤，得到碳点胶体；制备的碳点含氮元素苯环结构；

6、步骤3、向碳点胶体中滴加铀酰离子，至变色，即得到所述类凝胶状液体复合材料。

7、进一步地限定，步骤1中，1-乙基-6-氟-1,4-二氢-4-氧代-7-(1-哌嗪基)-3-喹啉羧酸与去离子质量比为（0.3-0.5）∶（20-30）；优选的，1-乙基-6-氟-1,4-二氢-4-氧代-7-(1-哌嗪基)-3-喹啉羧酸与去离子水的质量比为0.4∶25。

8、进一步地限定，步骤1中，以1000-2000rpm速度磁力搅拌。

9、进一步地限定，步骤2中，160oc-200 ℃下水热反应。

10、进一步地限定，水热反应在不锈钢内衬特氟隆的高压釜中进行。

11、进一步地限定，步骤2中，用0.22 μm微孔膜过滤，以除去大颗粒杂质。

12、进一步地限定，步骤3中，铀酰离子的浓度为0.1摩尔/升-0.5摩尔/升。

13、进一步地限定，步骤3中，铀酰离子与碳点类凝胶状液体的体积比为（200-500）微升：（2-5）毫升。

14、进一步地限定，步骤3中，滴加速度1d/s-5d/s。

15、进一步地限定，步骤3中，颜色由黄色变为红棕色，胶体转变为粘稠凝胶状。

16、本发明的另一目的，是提供上述任意方法制备的含五价铀的碳点类凝胶状液体复合材料。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明的制备条件温和、操作简便，避免了高温、熔岩及严格无水无氧苛刻要求。本发明无需采用cn111099659a中350℃～800℃的高温反应和氯化物熔盐体系，也无需在严格隔绝水和氧气的条件下操作，整体制备条件更温和，操作更简便，有利于五价铀材料的进一步研究和实际应用。

19、本发明避免了电解高能耗和复杂辅助操作。与cn113293390a中需要钛片阴极、外加直流电源、氮气吹干及产物刮取等步骤相比，本发明无需电解高能耗工艺，也无需昂贵钛金属电极和复杂辅助设备，工艺步骤更简单，能耗和成本更低。

20、本发明原料成本低、绿色环保，避免了特殊昂贵有机配体。本发明无需使用难以获得或价格昂贵的特殊有机配体，即可实现五价铀的稳定和复合，具有环保、低能耗、低成本的优势，改善了现有技术中高能耗、高成本的问题。

21、本发明工艺配比准确、连续可控，适合工厂化制备。本发明通过将1-乙基-6-氟-1,4-二氢-4-氧代-7-(1-哌嗪基)-3-喹啉羧酸与去离子水按质量比（0.3～0.5）：（20～30）配制原材料，并采用连续化生产方式，实现了该产品的工厂化制备。该工艺过程连续可控，生产效率高，批次一致性好，易于规模化放大和工业化实施，可有效降低生产成本并提高产能与产品稳定性。

22、本发明的产量大、产物可流动，改善产量低和不易加工的问题。本发明克服了现有方法产量低、产物形态受限等缺点，所得样品产量大且具有可流动性，便于后续转移、加工和应用。

23、本发明所得含五价铀的碳点类凝胶状液体复合材料稳定性好，应用前景广。本发明制备的碳点稳定五价铀材料具有原材料成本低、制备方法简单的特点，且该类凝胶状液体材料可以在室温下稳定存在数月，为研究五价铀的光学、磁学、医学和催化性能提供了理想的研究载体。

24、为深入了解本发明的特征与技术内容，请参考后附的详细说明与附图。需要说明的是，附图仅为说明性目的而提供，非用于限制本发明。

1.一种含五价铀的碳点类凝胶状液体复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，1-乙基-6-氟-1,4-二氢-4-氧代-7-(1-哌嗪基)-3-喹啉羧酸与去离子质量比为（0.3-0.5）∶（20-30）。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，1-乙基-6-氟-1,4-二氢-4-氧代-7-(1-哌嗪基)-3-喹啉羧酸与去离子水的质量比为0.4∶25。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，160oc-200 ℃下水热反应。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，用0.22 μm微孔膜过滤。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，铀酰离子的浓度为0.1-0.5摩尔/升。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，铀酰离子的浓度为0.1摩尔/升。

8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，铀酰离子与碳点类凝胶状液体的体积比为（200-500）微升：（2-5）毫升。

9.根据权利要求1所述方法，其特征在于，滴加速度1d/s-5d/s。

10.一种权利要求1-9任意一项所述方法制备的含五价铀的碳点类凝胶状液体复合材料。