[發(fā)明專利]用于富集核廢水中鈾的多晶型納米氧化鎂生物炭吸附劑

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• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113578267A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡暉;蔣磊;汪湉;鄭禮帥
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;C02F1/28
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 劉佳;蔡學(xué)俊

本發(fā)明公開了一種用于富集核廢水中鈾的多晶型納米氧化鎂生物炭吸附劑及其制備方法與應(yīng)用，其是將農(nóng)林廢棄物洗凈后粉碎、過篩、烘干、活化后，置于水熱釜內(nèi)膽中，依次加入鎂試劑、無水乙醇以及NaOH溶液，通過溶劑熱反應(yīng)得到載鎂生物質(zhì)，再將所得載鎂生物質(zhì)進(jìn)行炭化，以制得多晶型納米氧化鎂生物炭吸附劑。本發(fā)明利用農(nóng)林廢棄物為原料制備生物炭，原料豐富，制備簡單，所得多晶型納米氧化鎂生物炭吸附劑對放射性元素鈾的吸附效果顯著。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于炭材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于富集核廢水中鈾的多晶型納米氧化鎂生物炭吸附劑及其制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)

鈾（U）是原子序數(shù)為92的可裂變核素，原子質(zhì)量為238，廣泛分布于地殼中。鈾受熱中子轟擊后會引發(fā)鏈?zhǔn)胶肆炎儯舍尫懦龃罅康暮四?，理論? g 235U經(jīng)核裂變反應(yīng)可產(chǎn)生等同于1.5 t煤燃燒時產(chǎn)生的能量，因此常被用作核電廠的燃料。如今隨著能源危機(jī)的加劇，核電產(chǎn)業(yè)逐漸受到各國的青睞，發(fā)展核電成為我國能源發(fā)展戰(zhàn)略之一。隨著核電的發(fā)展，如何開發(fā)與利用鈾資源具有重要的意義。

鈾資源主要有鈾礦、海水和含鈾廢水等。現(xiàn)今所使用的鈾資源，基本源自至鈾礦，但鈾礦的儲存量僅為300萬噸，難以滿足人類長期發(fā)展核電的愿望。海水中含有45億噸鈾，但由于海水中鈾濃度極低，富集海水中的鈾較為困難。鈾礦的開采、加工、核電站運(yùn)行以及意外泄漏等產(chǎn)生的含鈾廢水中含有大量未被利用的鈾，是極其寶貴的鈾資源。從含鈾廢水中回收鈾，對鈾進(jìn)行回收利用的同時，也減輕了含鈾廢水對環(huán)境的污染。

目前，常見的從含鈾廢水回收U(VI)的處理方法有離子交換法、萃取法、化學(xué)沉淀法以及吸附法。離子交換法使用離子交換樹脂為媒介，與溶液中的U(VI)進(jìn)行交換，分離放射性廢水中的U(VI)。離子交換法設(shè)備較為簡單，且吸附性能優(yōu)良，但離子交換樹脂制作成本較高，且樹脂易中毒。萃取法通過有機(jī)萃取劑與含鈾廢水充分接觸，U(VI)被萃取至有機(jī)萃取劑。萃取法具有能耗低、設(shè)備要求簡單、操作簡單、易于大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。但萃取法需要大量的消耗萃取劑，成本較高，后續(xù)殘存于水溶液的有機(jī)萃取劑處理較為困難，且萃取法不適用于低濃度的含U(VI)溶液。化學(xué)沉淀法使用沉淀劑和絮凝劑與廢水中的U(VI)發(fā)生反應(yīng)，將溶液中的U(VI)以化學(xué)沉淀的形式從溶液中分離出來?；瘜W(xué)沉淀法雖然成本低廉、操作簡單、適用性強(qiáng)，但化學(xué)沉淀法會產(chǎn)生大量含放射性的污泥，易造成二次污染，且化學(xué)沉淀法無法適用于含大量陽離子的含U(VI)溶液。吸附法主要涉及吸附劑材料與廢水中U(VI)接觸，U(VI)被吸附于吸附劑之上。相較于離子交換法、萃取法以及化學(xué)沉淀法，吸附法簡單易行、分離效率高，且吸附材料來源廣泛。

吸附法的關(guān)鍵在于吸附劑材料的制備，近年來以“綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效”著稱的生物炭材料引起了人們廣泛關(guān)注。但原狀生物炭往往存在吸附量較小以及選擇性差的缺點(diǎn)。因此，開發(fā)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(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種簡單易行、成本低廉的多晶型納米氧化鎂生物炭吸附劑的制備方法，其通過負(fù)載具有親水性的納米氧化鎂顆粒于以農(nóng)林廢棄物為原料制備的生物炭上，制得了一種具有超親水表面的多晶型納米氧化鎂生物炭吸附劑，并將其應(yīng)用于含鈾廢水中低濃度U(VI)的選擇性吸附分離，達(dá)到以廢治廢的效果。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于富集鈾的多晶型納米氧化鎂生物炭吸附劑的制備方法，其包括以下步驟：

1）制粒：將收集的農(nóng)林廢棄物洗滌、干燥、粉碎、過篩、烘干，制得生物質(zhì)顆粒；

2）活化：將步驟1）制得的生物質(zhì)顆粒于NaOH溶液中浸漬一段時間以脫除部分半纖維素與木質(zhì)素，然后洗滌至中性，烘干，制得活化生物質(zhì)顆粒；

3）載鎂：將步驟2）制得的活化生物質(zhì)顆粒置于水熱釜內(nèi)膽中，依次加入鎂試劑、無水乙醇以及NaOH溶液，通過溶劑熱反應(yīng)得到載鎂生物質(zhì)；

4）炭化：將步驟3）制得的載鎂生物質(zhì)顆粒炭化后冷卻至室溫，制得所述多晶型納米氧化鎂生物炭吸附劑。