[發明專利]一種納米硅酸鎂生物炭的制備與應用

有效

• 申請號: 202110897138.6
• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113578266B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 胡暉;蔣磊;汪湉;鄭禮帥
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;C02F1/28
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 劉佳;蔡學俊

本發明公開了一種納米硅酸鎂生物炭的制備與應用，其是收集的農林廢棄物洗滌、干燥、粉碎、過篩、烘干，制得生物質顆粒后，于偏硅酸鈉溶液中浸漬一定時間制得載硅生物質顆粒，再將其炭化后，依次加入無水乙醇、去離子水、乙酸鈉和氯化鎂，通過溶劑熱反應得到納米硅酸鎂生物炭。本發明利用農林廢棄物為原料制備生物炭，原料豐富，制備簡單，所得納米硅酸鎂生物炭對放射性元素鈾的吸附效果顯著，可作為吸附劑用于乏燃料水溶液中放射性元素鈾的吸附分離。

技術領域

本發明屬于炭材料領域，具體涉及一種納米硅酸鎂生物炭吸附劑的制備與應用。

背景技術

鈾（U）是一種屬于元素周期表中的錒系元素，原子序數為92，為地殼中分布較廣的天然放射性核素。鈾主要由²³⁸U、²³⁵U、²³⁴U三種同位素組成，其中²³⁸U的豐度最大，其通過釋放α射線衰變，半衰期長達4.468×10⁹年。鈾也是唯一的天然可裂變核素，常被用作核電廠的燃料用以產生核能。如今隨著能源危機的加劇，核電產業逐漸受到各國的青睞，發展核電成為我國能源發展戰略之一。隨著核電的發展，如何開發與利用鈾資源具有重要的意義。

核電站反應堆所產生乏燃料含有大量未完全反應的U以及U的裂變產物（如Tc）。目前國際上處理乏燃料的方法主要有直接處置與后處理。直接處置是指乏燃料冷卻后，儲存于特種設備中。直接處置方法無法回收使用乏燃料中大量的鈾，浪費了寶貴的鈾資源，同時增加了核廢料的處置體積。后處理方法是現今國家較為青睞的處理方式，后處理方法不僅可回收核廢料中的寶貴資源，同時也減低了核廢料的輻射性。來自輕水堆的未經任何處理的乏燃料需經歷13萬年才能使其放射性降低至天然鈾礦的水平，但若能去除乏燃料中的錒系元素，放置時間將減少至270年，大幅降低了最終處置核廢料的壓力以及危害。

PUREX后處理工藝是現今分離乏燃料中鈾的常用工藝，PUREX后處理工藝使用有機溶劑與乏核燃料水溶液接觸，使鈾或其它離子轉移到有機相中，利用酸溶液對有機溶劑進行反萃，回收鈾等資源。但乏燃料中通常含有強放射性的锝，導致部分有機萃取溶劑降解，且锝具有氧化性，將導致后續使用還原劑的量增加，致使PUREX后處理工藝的運行成本上升。

吸附法作為一種簡便、快捷且適用于低濃度含鈾廢水回收鈾的方法，被廣泛應用于核廢水處理。生物炭作為一種孔隙結構發達、比表面積大、表面官能團豐富和價格低廉的材料被廣泛研究。但原狀生物炭往往存在吸附量較小以及選擇性差的缺點。因此，開發一種成本低廉、高效可行的新型生物炭對放射性廢水低濃度U(VI)的選擇性吸附分離具有重大意義。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供了一種簡單易行、成本低廉的納米硅酸鎂生物炭的制備方法，其利用農林廢棄物為原料，達到以廢治廢的效果，且制備的納米硅酸鎂生物炭可作為吸附劑應用于放射性廢水中低濃度U(VI)的選擇性吸附分離。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種納米硅酸鎂生物炭的制備方法，其包括以下步驟：

1）制粒：將收集的農林廢棄物洗滌、干燥、粉碎、過篩、烘干，制得生物質顆粒；

2）載硅：將步驟1）制得的生物質顆粒于偏硅酸鈉溶液中浸漬一定時間，烘干，制得載硅生物質顆粒；

3）炭化：將步驟2）制得的載硅生物質顆粒炭化一定時間后冷卻至室溫，制得載硅生物炭顆粒；

4）納米硅酸鎂生物炭的制備：將步驟3）制得的載硅生物炭顆粒置于水熱釜內膽中，依次加入無水乙醇、去離子水、乙酸鈉和氯化鎂，通過溶劑熱反應得到納米硅酸鎂生物炭。

步驟1）中所述農林廢棄物為稻殼、木屑、竹筍殼、水葫蘆、玉米芯和椰殼中的一種或幾種。

步驟1）中所述過篩是過20-100目篩；所述烘干的溫度為60-110℃。