[發明專利]利用生物富集制備菌絲/硫化鉬吸附-催化材料的方法

有效

• 申請號: 202010424812.4
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111569832B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 竹文坤;段濤;何嶸;廉杰;楊帆;陳濤;雷佳
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J27/051;C02F1/28;C02F1/30;B01J20/30
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 張忠慶

本發明公開了一種利用生物富集制備菌絲/硫化鉬吸附?催化材料的方法，包括：在液體培養基中接入真菌菌株，當液體培養基中的真菌菌絲球直徑長至1cm直徑時，添加鉬酸銨和硫脲溶液，培養反應一天后再次添加鉬酸銨和硫脲溶液后繼續培養，培養結束后將固體物取出洗滌樣至中性，冷凍干燥；將固體物進行碳化，得到菌絲/硫化鉬吸附?催化材料。本發明制備的菌絲/硫化鉬吸附?催化材料的MoS₂與碳骨架接觸緊密，溶液中的TA可被有效地氧化分解，去除率達到了95.5％。大部分U(VI)被還原為U(IV)，并且均勻分布于材料表層，說明其同時受到吸附?催化反應的影響。

技術領域

本發明涉及吸附-催化材料的制備領域，具體涉及一種利用生物富集制備菌絲/硫化鉬吸附-催化材料的方法。

背景技術

核試驗、核武器的使用、核電站產生的高放廢液以及核事故的發生等都對環境造成了嚴重的污染，特別是對水體的污染。放射性核素鈾可直接進入水體或由鈾尾礦渣、氣凝膠、粉塵等形式間接進入水體，經水與糧食等食物鏈最終進入人體，并對人類的生命健康構成巨大的威脅。現有技術主要通過物理、化學和生物修復等方法進行放射性污染水體的治理與修復，但一般的處理辦法都存在成本高、工藝復雜、周期長及存在二次污染等問題。此外，放射性廢水往往和有機污染物共同存在，從而加大了放射性廢水的處理難度。因此，如何高效、安全、低成本治理與修復放射性廢水仍然是目前面臨的難題。目前針對放射性廢水中鈾的處理，主要有離子交換、催化還原、吸附等方法。其中，吸附法具有成本低廉、處理效率高、二次廢物易處理等優點，是一種綠色環保的處理核素鈾的手段。針對鈾的高效去除，研究人員已經開發出生物質、碳材料、高分子材料、有機框架結構材料及天然礦石等多種吸附材料。但是，放射性廢水體系中含有多種可溶性有機物(單寧酸、草酸、檸檬酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、氨基磺酸鹽等)，這些有機物會與放射性廢水中的鈾發生絡合反應，增加了鈾處理的難度。有機物的存在還會大量占據吸附劑的活性位點，從而降低了吸附劑的吸附效率。光催化技術既可以將放射性廢水中的有機物催化降解，又可以將鈾還原成低價產物。這個過程中，半導體材料受到光源激發產生電子—空穴對，光空穴分解催化劑表面吸附的水產生氫氧自由基，光電子能使氧氣還原成活性離子氧，進而將有機物降解成二氧化碳和水。此外，光電子還能將鈾還原成低價態產物，實現對鈾的還原固定。例如，東華理工大學宋少青、姜淑娟課題組以硫摻雜氮化碳(g-C₃N₄)和硼摻雜g-C₃N₄為光催化劑，在甲醇存在的條件下將水體中可溶性的六價鈾(U(VI))還原成四價鈾(U(IV))。但是單一的半導體材料上的活性位點有限，容易被鈾的還原產物占據，進而影響光催化還原的持續進行。針對上述兩個方法在含有機物的放射性廢水處理過程中存在的問題，構建吸附和光催化功能集于一體的“肖特基結接觸的吸附劑-半導體復合材料”是一種行之有效的方法。在肖特基結接觸的吸附劑-半導體復合材料中，半導體上的光電子會引入到含大量吸附位點的吸附劑上，使得鈾可以持續還原。然而，這種“肖特基結接觸的吸附劑-半導體復合材料”用于含鈾的放射性處理在現有技術中鮮有報道。在吸附劑-半導體復合材料中，生物質炭材料是處理含鈾放射性廢水的理想吸附劑之一。生物質炭具有層狀或孔狀結構，比表面積大，孔隙率高，含有眾多羧基、羥基、氨基等官能團，可為U(VI)提供大量的吸附位點。例如，申請人前期通過高溫碳化菌絲獲得含有大量的吸附位點菌絲基生物質炭，對鈾的吸附表現出良好的性能，在半導體材料的選擇上，為了有效地催化還原U(VI)，半導體的導帶底應該比U(VI)/U(IV)電位更負(標準氫標度)。作為一種窄帶隙半導體，二硫化鉬(MoS₂)的導帶位置處于+0.23eV，比U(VI)/U(IV)電位(+0.41V)更負，這表明MoS₂導帶中的光生電子可以將U(VI)還原成U(IV)。此外，MoS₂的禁帶寬度僅為1.2eV，在太陽光下即可激發，還有良好的抗光腐蝕性。因此，生物質炭-MoS₂復合材料是吸附-催化還原鈾的理想材料體系。開發吸附和催化聯用技術來降低有機物對放射性廢水中鈾處理的影響，在處理鈾的同時實現有機物的降解。本發明針對吸附和催化在含鈾的放射性廢水處理過程中存在的問題，受自然界生物富集現象的啟發，利用生物法原位構建肖特基結接觸的生物質炭-MoS₂復合材料，使MoS₂上的光電子會引入到含大量吸附位點的生物質炭上，促進鈾的持續還原。以炭角菌為炭基材料，在其表面原位生長MoS₂顆粒，合成真菌菌絲/二硫化鉬(FH/MoS₂)復合材料，再將其熱解制備FH/MoS₂氣凝膠。測試了FH/MoS₂對TA和U(VI)的去除性能及其穩定性。