一种去除核素钚的复合吸附剂、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种去除核素钚的复合吸附剂，属于含钚放射性废水处理技术技术领域。所述复合吸附剂为由氧化石墨烯及壳聚糖组成。本发明专利技术还提供所述复合吸附剂的制备方法，将戊二醛水溶液加入到壳聚糖溶液中，然后加入氧化石墨烯，在45～55℃的水浴中搅拌反应85～95min，调节反应液pH至9～10，置于75～80℃的水浴中继续反应50～70min后洗涤至pH为7，真空干燥即可。本发明专利技术复合吸附剂对核素钚的吸附去除率能达到95.11％，且废液经处理分离的吸附有核素的吸附剂可进行完全焚烧，焚烧后仅剩下块状的放射性物质，不仅便于核素的回收再利用，而且有望取消原工艺流程中的水泥固化线，达到放射性废物“最小化”的目的，大大简化核废水处理流程，缩减放射性废物贮存空间。

Composite adsorbent for removing nuclide plutonium, preparation method and application thereof

The present invention provides a composite adsorbent for removing plutonium from plutonium, belonging to the technical field of plutonium containing radioactive waste water treatment. The composite adsorbent is composed of graphene oxide and chitosan. The invention also provides a preparation method of the composite adsorbent, the glutaraldehyde solution into chitosan solution, then adding graphene oxide, in 45 ~ 55 DEG C water bath stirring reaction of 85 ~ 95min, adjusting the reaction liquid pH to 9 ~ 10, 75 ~ 80 DEG C in the water bath to counter should be 50 ~ 70min after washing to pH 7, vacuum drying. The composite adsorbent for the adsorption of radionuclide plutonium removal rate can reach 95.11%, and the effluent treated by adsorption separation with adsorbent radionuclides can be carried out completely burned, burned only after the massive radioactive material remaining, recycling is not only easy to radionuclide reuse, and is expected to cancel the original cement curing line in the process, achieve the radioactive \waste minimization\ to greatly simplify the process of nuclear waste water treatment, reduction of radioactive waste storage space.

【技术实现步骤摘要】
一种去除核素钚的复合吸附剂、其制备方法及应用
本专利技术属于含钚放射性废水处理技术
，具体为一种去除核素钚的复合吸附剂、其制备方法及应用。
技术介绍
核工业生产过程中产生大量放射性废水，其中含有的核素钚具有极强的放射性和化学毒性，必须经过有效净化处理方能进行排放，否则将会严重影响生态环境和人体健康。因此，对含钚废液的净化处理备受关注。目前，对于核工业生产过程中排放的含钚低放废液主要采用无机试剂絮凝沉淀法进行净化处理，该工艺尚存在一些弊端：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，废水处理后产生大量放射性泥浆，不仅导致后续处理成本较高，而且需占用庞大的核废物贮存空间，同时核废物的长期地下贮存极易对生态环境和人体健康造成放射性安全隐患。从节能减排和环境保护角度来说，应用颇为广泛的吸附法处理工艺具有操作简便、成本低廉、无二次污染以及净化过程快速高效等优势。因此，稳定性好、性能优良以及成本低廉的吸附材料的制备和研究一直是放射性废水处理领域的研究重点之一，在合成新型吸附材料的基础上，提升该材料的吸附性能则具有重要的现实意义和应用价值。氧化石墨烯(GO)是一种近年来发展起来的新型碳材料，可以快速高效地对核素污染物进行净化处理，使放射性污染在极短的时间内降至最低，从而避免核污染的扩散和危害。然而，氧化石墨烯(GO)在水中分散性极好，造成处理后固液相分离困难。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种去除核素钚的复合吸附剂，本专利技术复合吸附剂对放射性废水中的核素钚进行吸附去除，不仅易于后处理的固液分离操作，同时本专利技术复合吸附剂为一中有机吸附剂，可以进行完全燃烧，不会占用废物贮存空间，符合放射性废物“最小化”原则。本专利技术的目的之二是提供所述复合吸附剂的制备方法。本专利技术的目的之三是提供所述复合吸附剂对放射性含核素钚废水的处理应用。本专利技术目的通过以下技术方案来实现：一种去除核素钚的复合吸附剂，所述吸附剂为由氧化石墨烯及壳聚糖组成的复合吸附剂。作为本专利技术一种去除核素钚的复合吸附剂的一个具体实施例，所述复合吸附剂由包括壳聚糖、戊二醛、氧化石墨烯的原料在水浴条件下制备得到。一种去除核素钚的复合吸附剂的制备方法，包括：将戊二醛水溶液加入到壳聚糖溶液中，然后加入氧化石墨烯，在45～55℃的水浴中搅拌反应85～95min，调节反应液pH至9～10，置于75～80℃的水浴中继续反应50～70min后洗涤至pH为7，真空干燥即得本专利技术复合吸附剂。作为本专利技术一种去除核素钚的复合吸附剂的制备方法的一个具体实施例，所述戊二醛水溶液的体积分数为50％；所述反应液pH采用0.1mol/L的NaOH溶液进行调节；所述洗涤采用乙醇和去离子水反复洗涤直至pH为7；所述真空干燥的温度为45～55℃。作为本专利技术一种去除核素钚的复合吸附剂的制备方法的一个具体实施例，所述壳聚糖溶液为将壳聚糖粉末溶于冰乙酸溶液中，在室温下超声搅拌1～3小时制备得到；其中，壳聚糖粉末的质量与冰乙酸溶液的体积比为(0.4g～0.8g):(20ml～40ml)。作为本专利技术一种去除核素钚的复合吸附剂的制备方法的一个具体实施例，所述壳聚糖粉末与氧化石墨烯的质量比为1:2～4:3；所述戊二醛水溶液与冰乙酸溶液的体积比为3～5:20～40。作为本专利技术一种去除核素钚的复合吸附剂的制备方法的一个具体实施例，所述氧化石墨烯的制备方法为：将石墨、NaNO3和H2SO4混合后至置于冰浴中，缓慢加入KMnO4，并控制反应液温度低于20℃；除去冰浴将温度升高至30～40℃并保持25～35min，依次加入水和H2O2溶液反应后得到黄褐色产物，离心、洗涤、真空干燥后即得氧化石墨烯。作为本专利技术一种去除核素钚的复合吸附剂的制备方法的一个具体实施例，所述石墨、NaNO3、KMnO4的质量比为4：2：12；所述石墨的质量与H2SO4的体积比为4g:92ml；所述H2SO4、水、H2O2溶液的体积比为92:184:340。作为本专利技术一种去除核素钚的复合吸附剂的制备方法的一个具体实施例，所述H2O2溶液的质量分数为0.05％，所述洗涤采用10％HCl和去离子水多次洗涤，所述真空干燥的温度为35～45℃。作为本专利技术一种去除核素钚的复合吸附剂的制备方法的一个具体实施例，包括以下步骤：1)氧化石墨烯的制备：将石墨、NaNO3和H2SO4混合后至置于冰浴中，缓慢加入KMnO4，并控制反应液温度低于20℃；除去冰浴将温度升高至30～40℃并保持25～35min，缓慢加入水再搅拌25～35min，加入H2O2溶液反应后得到黄褐色产物，离心、洗涤、真空干燥后即得氧化石墨烯；2)氧化石墨烯-壳聚糖复合吸附剂的制备：将壳聚糖粉末溶于冰乙酸溶液中并在室温下超声搅拌1～3h制备壳聚糖溶液，再加入戊二醛水溶液，然后加入上述制备好的氧化石墨烯，于45～55℃的水浴中搅拌反应85～95min，调节反应液pH至9～10，置于75～80℃的水浴中继续反应50～70min后洗涤至pH为7，真空干燥即得本专利技术复合吸附剂。本专利技术氧化石墨烯-壳聚糖复合吸附剂的合成路线如图1所示。由图1可知，氧化石墨烯分子结构中含有大量的羧基官能团(-COOH)，在戊二醛交联剂的作用下，易于与壳聚糖结构中的氨基官能团(-NH2)发生复合反应，而脱去水分子，形成酰胺化学键。本专利技术中的氧化石墨烯-壳聚糖复合吸附剂是采用溶液共混法来制备的，该法操作简便，通过机械搅拌和超声处理相结合的方法对反应液进行处理，使得氧化石墨烯和壳聚糖二者能够形成均匀稳定的分散液。目前，在氧化石墨烯和壳聚糖复合材料的制备技术中，获得的复合材料多为膜状或者凝胶态，相比于本专利技术制备的粉末状而言，不利于吸附实验过程中吸附剂的投加。本专利技术采用的制备方法具有绿色环保、操作简便、成本低廉和合成原料少等优势。作为本专利技术一种去除核素钚的复合吸附剂的制备方法的一个具体实施例，包括以下步骤：1)氧化石墨烯(GO)的制备：取4g石墨、2gNaNO3和92mLH2SO4混合并置于冰浴中；搅拌下缓慢加入12gKMnO4，控制加入的速度避免反应液温度超过20℃。除去冰浴将溶液温度升至35℃左右保持30min；缓慢加入184mL水搅拌30min，然后加入340mLH2O2溶液(0.05wt％)结束反应。得到黄褐色产物，离心，使用10％HCl和去离子水多次洗涤，40℃下真空干燥后即得氧化石墨烯；2)氧化石墨烯-壳聚糖(GO-CTS)复合吸附剂的制备：先将0.4g壳聚糖(CTS)粉末溶于20mL冰乙酸溶液中(体积分数2％)并在室温下超声搅拌2h来制备壳聚糖溶液(质量分数2％w/v)；再将3mL戊二醛的50％水溶液加入到CTS溶液中。然后加入0.3g氧化石墨烯到上述溶液中，于50℃水浴中连续搅拌90min，缓慢加入NaOH(0.1mol/L)调节反应液的pH值至9～10，置于80℃的水浴中继续反应60min。黑色产物用乙醇和去离子水反复洗涤直至pH为7，50℃下真空干燥。一种去除核素钚的复合吸附剂的应用，所述复合吸附剂在去除核素钚中的应用。作为本专利技术一种去除核素钚的复合吸附剂的应用的一个具体实施例，调节含有核素钚废水的pH，加入复合吸附剂，振荡对核素钚进行吸附。作为本专利技术一种去除核素钚的复合吸附剂的应用的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去除核素钚的复合吸附剂，其特征在于，所述吸附剂为由氧化石墨烯及壳聚糖组成的复合吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种去除核素钚的复合吸附剂，其特征在于，所述吸附剂为由氧化石墨烯及壳聚糖组成的复合吸附剂。2.如权利要求1所述一种去除核素钚的复合吸附剂，其特征在于，所述复合吸附剂由包括壳聚糖、戊二醛、氧化石墨烯的原料在水浴条件下制备得到。3.如权利要求1所述一种去除核素钚的复合吸附剂的制备方法，其特征在于，包括：将戊二醛水溶液加入到壳聚糖溶液中，然后加入氧化石墨烯，在45～55℃的水浴中搅拌反应85～95min，调节反应液pH至9～10，置于75～80℃的水浴中继续反应50～70min后洗涤至pH为7，真空干燥即得本发明复合吸附剂。4.如权利要求3所述一种去除核素钚的复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖溶液为将壳聚糖粉末溶于冰乙酸溶液中，在室温下超声搅拌1～3小时制备得到；其中，壳聚糖粉末的质量与冰乙酸溶液的体积比为(0.4g～0.8g):(20ml～40ml)。5.如权利要求3或4所述一种去除核素钚的复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖粉末与氧化石墨烯的质量比为1:2～4:3；所述戊二醛水溶液与冰乙酸溶液的体积比为3～5:20～40。6.如权利要求3所述一种去除核素...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨爱丽，武俊红，杨鹏，王东文，张峰，李萍，朱玉宽，
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