一种核素铀的去除吸附剂及其应用方法技术

本发明专利技术提供了一种核素铀的去除吸附剂的制备及其应用方法，本发明专利技术采用氧化石墨烯（GO）与TW进行复合获得GOTW。GO具有出色的吸附性能，然而，在水中的分散性极好，吸附污染物后难以从水体中分离、清除，将其与大分子有机质TW复合之后，不仅可以弥补单一的TW作为吸附材料时所具有吸附容量低、吸附效果较差等缺陷，而且可以增大单一吸附剂GO的颗粒粒径，从而便于通过低速离心或者过滤方式实现固液分离过程的简单化，同时所得到的复合材料GOTW在后处理过程中可以完全燃烧，亦实现了放射性废物的“最小化”。

An adsorbent for removing uranium from nuclide and its application method

The invention provides a preparation method and application method of a nuclide uranium removal adsorbent. The method adopts graphene oxide (GO) and TW to compound to obtain GOTW. GO has excellent adsorption properties, however, it is difficult to separate and remove pollutants from water because of its excellent dispersion in water. When combined with macromolecular organic matter TW, GO can not only compensate for the low adsorption capacity and poor adsorption effect of single TW, but also increase the single TW. A particle size of GO adsorbent facilitates the simplification of the solid-liquid separation process by low-speed centrifugation or filtration, and the resulting composite GOTW can be completely burned in the post-treatment process, which also realizes the \minimization\ of radioactive waste.

【技术实现步骤摘要】
一种核素铀的去除吸附剂及其应用方法
本专利技术涉及的是含铀放射性废水处理
，尤其是一种核素铀的去除吸附剂的制备及其应用方法。
技术介绍
目前，核能已得到广泛和蓬勃发展，其应用显著降低了温室气体的排放，从而有效避免了有害气体污染而引发的诸多疾病，为人类健康提供了有力保障。然而，核能不可或缺的燃料之一——铀核素则具有较强化学毒性和放射性，且半衰期长，随意排放将对环境和人类健康造成极其严重的危害。因此，对铀核素进行有效去除和监管则具有重要意义。在核工业生产中，对于低放含铀废水的传统工艺处理方式主要采用离子交换柱法，该法的较大弊端主要体现在两方面：一方面，处理设备体积庞大，处理周期长，效率低，易产生二次污染；另一方面，离子交换树脂容易老化或中毒，且对于废水成分的要求较高，废液当中若含有有机物、金属离子等杂质的情况下，均不适用于离子交换法进行处理，而老化或者中毒的树脂无疑成为放射性废物有待进一步处理，势必造成废水处理成本的提高和核废物贮存空间的增加。相比之下，目前应用最为广泛的吸附技术则具有操作简便、二次污染少、成本低廉、无需大型设备等诸多优势，而该技术的关键之处即在于稳定性好、成本低廉的新型高效吸附材料的开发与应用。我国是世界上茶叶生产和消费第一大国，基于此每年将产生大量的废茶叶（TW），若不对其进行合理充分的利用，则不仅对环境会造成严重污染，亦是价值资源的巨大浪费。由文献[王泽怿，赵斌，沈伯雄，SagnikChakraborty，高兰君.热改性废茶叶吸附刚果红性能的研究.工业水处理.2017，37（4）:78-82]可知，TW具有良好的吸附性能，已被广泛应用于土霉素、染料、重金属离子等多种污染物的去除研究，然而采用TW对放射性核素铀进行去除的研究报道却极少，更未见将GO与TW进行复合来对含铀废水进行吸附处理的相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种核素铀的去除吸附剂及其应用方法，本专利技术采用氧化石墨烯（GO）与TW进行复合获得GOTW。GO具有出色的吸附性能，然而，在水中的分散性极好，吸附污染物后难以从水体中分离、清除，将其与大分子有机质TW复合之后，不仅可以弥补单一的TW作为吸附材料时所具有吸附容量低、吸附效果较差等缺陷，而且可以增大单一吸附剂GO的颗粒粒径，从而便于通过低速离心或者过滤方式实现固液分离过程的简单化，同时所得到的复合材料GOTW在后处理过程中可以完全燃烧，亦实现了放射性废物的“最小化”。本方案是通过如下技术措施来实现的：一种核素铀的去除吸附剂的制备方法，其特征是：制备方法为：a、制备氧化石墨烯GO：将石墨2-6g、NaNO31-4g和H2SO485-120ml混合在烧杯中并置于冰浴中；在持续搅拌下缓慢加入KMnO49-15g，控制加入速度保证反应液温度不高于20℃直至各组分完全混合；除去冰浴后将溶液温度升至30-40℃保持30min后，缓慢加入160-200ml水再搅拌30min后，加入H2O2浓度为0.05wt%的溶液300-500ml搅拌均匀后结束反应，得到黄褐色固体产物，使用离心机离心处理后再使用浓度为10%的HCL和去离子水多次洗涤后在40℃的真空环境下干燥，得到氧化石墨烯GO，备用；b、将废茶叶TW采用去离子水洗涤数次去除污物后，在去离子水中采用80℃下煮沸1h除有色和可溶性成分，然后用去离子水洗涤至无色，在100℃的烘箱中干燥，将所得产物粉碎成粉末状，备用；c、制备氧化石墨烯-TW复合吸附剂GOTW：将备用的氧化石墨烯GO和备用的废茶叶TW粉末按照质量比1:1混合于去离子水中，超声处理3小时，采用离心机固液分离，将分离的固体用去离子水和乙醇洗涤数次，在50℃的真空环境中干燥，得到氧化石墨烯-TW复合吸附剂GOTW。作为本方案的优选：步骤a中，石墨的最优量为4g、NaNO3的最优量为2g、H2SO4的最优量为92ml、KMnO4的最优量为12g、水的最优量为184ml、H2O2溶液的最优量为340ml。作为本方案的优选：步骤a中，除去冰浴后提升溶液的温度最佳为35℃。一种核素铀的去除吸附剂的应用方法，其特征是：取一定初始浓度的铀溶液于容器中，用HCl和NaOH溶液调节pH值至所需值2-7，加入GOTW吸附剂，加入量为0.15-0.35g/L，置于摇床中进行振荡时间15min以上；对铀溶液过滤后，采用采用微量铀分析仪进行测定铀去除率。作为本方案的优选：PH值的最佳值为5。作为本方案的优选：GWTO的最佳加入量为0.25g/L。作为本方案的优选：铀溶液的浓度为0.3~3mg/L。作为本方案的优选：振荡时间30min。本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案采用氧化石墨烯GO与废茶叶TW进行复合获得GOTW。GO具有出色的吸附性能，然而，在水中的分散性极好，吸附污染物后难以从水体中分离、清除，将其与大分子有机质TW复合之后，不仅可以弥补单一的TW作为吸附材料时所具有吸附容量低、吸附效果较差等缺陷，而且可以增大单一吸附剂GO的颗粒粒径，从而便于通过低速离心或者过滤方式实现固液分离过程的简单化，同时所得到的复合材料GOTW在后处理过程中可以完全燃烧，亦实现了放射性废物的“最小化”。本专利技术实施绿色环保且简便易行的超声制备技术来获得粉末状GOTW复合吸附剂，并将其应用于核素铀的吸附处理，同时对核工业中不同批次的实际生产废水样进行净化处理。本专利技术所用的制备方法无需大型特殊设备，制备成本低廉，操作简单，且无二次污染物产生。所获得的复合材料对铀具有优良的去除效果，最大去除率达99%以上，应用前景广阔。由此可见，本专利技术与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。附图说明图1为本专利技术PH值对应去铀率的图表。图2为吸附剂投加量对应去铀率的图表。图3为吸附时间对应去铀率的图表。图4为不同水样的去铀效果图表。图5为GOTW复合吸附剂的制备示意图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。下面结合附图，对本专利技术制备的去铀剂吸附效果作详细说明。实施例：TW和GOTW在pH为2~7范围内对铀的吸附效果如图1所示。由图1可知，随着pH值的增加，去铀效果得到明显提高，当pH=5时，TW和GOTW均达到最大吸附效果，最大去铀率分别为80.0%和98.6%。结果表明，溶液pH对去铀效果影响显著。当pH<4时，U(VI)在溶液中以UO22+形式存在，由于H3O+和UO22+之间对活性吸附点位的竞争作用，使得吸附效果较差。而当pH逐渐增加到5-7时，UO2+、UO2(OH)+、UO2CO3、(UO2)2(OH)22+、(UO2)3(OH)5+以及(UO2)4(OH)7+等正电荷铀络合离子占主要优势，这些络合离子与TW和GOTW表面上的负电荷之间的静电作用而使得吸附效果明显提高。同时，GOTW的吸附效果明显高于TW，由此可知，GO表面TW的引入可以有效提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核素铀的去除吸附剂的制备方法，其特征是：制备方法为：a、制备氧化石墨烯GO：将石墨2‑6g、NaNO3 1‑4g和H2SO4 85‑120ml混合在烧杯中并置于冰浴中；在持续搅拌下缓慢加入KMnO4 9‑15g，控制加入速度保证反应液温度不高于20℃直至各组分完全混合；除去冰浴后将溶液温度升至30‑40℃保持30 min后，缓慢加入160‑200ml水再搅拌30 min后，加入H2O2浓度为0.05wt%的溶液300‑500ml搅拌均匀后结束反应，得到黄褐色固体产物，使用离心机离心处理后再使用浓度为10%的HCL和去离子水多次洗涤后在40℃的真空环境下干燥，得到氧化石墨烯GO，备用；b、将废茶叶TW采用去离子水洗涤数次去除污物后，在去离子水中采用80℃下煮沸1 h除有色和可溶性成分，然后用去离子水洗涤至无色，在100℃的烘箱中干燥，将所得产物粉碎成粉末状，备用；c、制备氧化石墨烯‑TW复合吸附剂GOTW：将备用的氧化石墨烯GO和备用的废茶叶TW粉末按照质量比1:1混合于去离子水中，超声处理3小时，采用离心机固液分离，将分离的固体用去离子水和乙醇洗涤数次，在50℃的真空环境中干燥，得到氧化石墨烯‑TW复合吸附剂GOTW。...

【技术特征摘要】
1.一种核素铀的去除吸附剂的制备方法，其特征是：制备方法为：a、制备氧化石墨烯GO：将石墨2-6g、NaNO31-4g和H2SO485-120ml混合在烧杯中并置于冰浴中；在持续搅拌下缓慢加入KMnO49-15g，控制加入速度保证反应液温度不高于20℃直至各组分完全混合；除去冰浴后将溶液温度升至30-40℃保持30min后，缓慢加入160-200ml水再搅拌30min后，加入H2O2浓度为0.05wt%的溶液300-500ml搅拌均匀后结束反应，得到黄褐色固体产物，使用离心机离心处理后再使用浓度为10%的HCL和去离子水多次洗涤后在40℃的真空环境下干燥，得到氧化石墨烯GO，备用；b、将废茶叶TW采用去离子水洗涤数次去除污物后，在去离子水中采用80℃下煮沸1h除有色和可溶性成分，然后用去离子水洗涤至无色，在100℃的烘箱中干燥，将所得产物粉碎成粉末状，备用；c、制备氧化石墨烯-TW复合吸附剂GOTW：将备用的氧化石墨烯GO和备用的废茶叶TW粉末按照质量比1:1混合于去离子水中，超声处理3小时，采用离心机固液分离，将分离的固体用去离子水和...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨爱丽，朱玉宽，杨鹏，李萍，仲敬荣，张峰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51