[發明專利]一種利用產電微生物負載Fe/C納米復合材料處理含鈾廢水的方法

在審

• 申請號: 201810669073.8
• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN110642322A
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 聶小琴;項書宏;董發勤;丁聰聰;程文財;劉明學;何輝超
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: C02F1/28
• 分類號: C02F1/28;C02F1/30;C02F1/70;C02F3/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種利用納米合成材料結合自主產電微生物在光照條件下還原吸附廢水中鈾的方法。該方法是以納米零價鐵(nZVI)、高電導率納米碳材料(C)、產電微生物為原材料，利用nZVI的高還原活性，nZVI的氧化產物與C結合后的光催化效應，以及產電微生物產生生物電子的特性高效還原吸附處理含鈾廢水。具體步驟是：(1)合成納米材料(nZVI?CNT)；(2)將nZVI?CNT負載于微生物表面(bio?nZVI?CNT)；(3)光照下將bio?nZVI?CNT置于含鈾廢水濃度≤50mg/L，調節pH在4?6之間，攪拌混合均勻；(4)2小時后將固液分離；(5)解吸回收鈾并重復利用bio?nZVI?CNT。本發明能使≤50mg/L的含鈾廢水中鈾含量下降96％以上，吸附容量高達436.4mg/g。操作簡便，去除效率高、時間短，具有良好的環境效益、社會效益和經濟效益。

技術領域

本發明涉及含鈾的放射性廢水處理領域，是一種綜合利用產電微生物的生物電子，納米材料的高反應活性以及氧化物的光催化特性快速去除鈾廢水中六價鈾酰的成套技術。

背景技術

鈾是目前核能利用中的一種最主要的核燃料，隨著核能的快速發展，鈾資源需求量的增加，鈾礦開采和冶煉的規模擴大，必將產生更多的低濃度鈾污染廢水，種類也越來越多，對人類健康和自然生態環境的潛在威脅日趨嚴重，人們對放射性廢水的處理也就提出了更高的要求。在放射性廢水尤其是含鈾廢水的處理方面，目前主要有化學沉淀、離子交換、膜分離、氧化還原法、蒸發濃縮、吸附法、膜處理等方法。但是這些傳統方法在實際運行過程中存在不同程度的不足，如處理周期長，去除效率低，費用高昂以及二次廢物量大等。

鈾在水體中通常以六價鈾酰離子UO₂²⁺形態存在，當六價鈾酰被還原為四價時，能夠形成絮狀沉淀并能夠通過靜置或者過濾去除，因此利用較為活潑且易制得的金屬快速還原六價鈾酰并將其從溶液中分離出來，具有很高的去除效率。

據相關研究報道【Ding, C., et al., Effects of Bacillus subtilis on thereduction of U(VI) by nano-Fe0. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2015. 165:p. 86-107】，納米零價鐵具有很高的活性能夠快速還原六價鈾酰，但由于納米零價鐵太活潑，且容易聚集，從而導致單純的納米零價鐵在去除鈾酰的過程中因聚集物表面被快速氧化形成氧化膜阻斷內部的電子傳輸，從而導致單位質量的納米零價鐵對鈾酰還原率不高。與此同時，根據文獻報道【Jiang L C., et al., Charge transfer properties andphotoelectrocatalytic activity of Ti02/MWCNT hybrid. Electrochim, Acta, 2010.4(56): p. 06-11.】，納米尺度的鐵氧化物與某些導體材料的結合能夠降低鐵氧化物中導帶和價帶之間的能量勢壘，降低電子空穴對復合的幾率，從而表現出光催化活性，提高環境中可傳遞電子的利用率。因此本專利選擇納米碳材料作為導體，合成碳導體負載納米零價鐵的材料（Fe/C材料），并綜合利用納米零價鐵被氧化過后形成納米鐵氧化物與碳導體的結合材料（Fe Oxide/C材料）。此外，希瓦氏菌等產電微生物能夠通過新陳代謝向胞外傳輸電子，供外界使用。因此，本專利擬通過產電微生物表面基團提供的吸附位點，將光催化材料大量吸附于菌體表面，并通過菌體所提供的電子提高吸附于表面的合成納米材料對鈾的還原去除率。

針對上述生物-納米材料的優勢，將復合后的納米零價鐵與納米碳材料吸附于產電菌體表面用于還原去除溶液中的六價鈾酰，不僅能夠提高幾種材料的利用率，還能夠利用材料結合后體積變大，易于固液分離，降低分離所需的能耗。

發明內容

針對上述情況，本發明的目的是提供一種利用產電微生物和合成納米材料在光照下處理含鈾廢水的方法，該方法取材方便，去除效率高，又具有處理步驟簡單，環境友好，可重復利用等多重特點。