一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法技术

本发明专利技术提供了一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法，涉及水处理技术领域。本发明专利技术所述碳基材料，包括碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的纳米零价铁颗粒。本发明专利技术通过在碳基体内掺杂纳米零价铁以及将纳米零价铁颗粒负载在碳基体表面，碳基材料能够加大纳米零价铁颗粒的扩散，有效防止纳米零价铁颗粒团聚和氧化的缺陷，提高了碳基材料中的纳米零价铁颗粒的稳定性。将本发明专利技术所述碳基材料应用于含铀废水净化，对铀离子的去除效果优异，并且本发明专利技术的碳基材料回收过程中没有毒性、腐蚀性和放射性，不会造成二次污染。污染。污染。

【技术实现步骤摘要】
一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法


[0001]本专利技术属于水处理
，具体涉及一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法。

技术介绍

[0002]铀是核能发展的主要能源，但随着核工业的快速发展产生了大量的含铀废水，其具有成分复杂、浓度低、毒性强并具有放射性等特点。目前，常用的含铀废水处理方法有化学沉淀法、混凝法、光催化法、化学还原法、离子交换法、生物法和吸附法等，其中吸附法以操作简单、吸附效率快、铀选择性高、吸附容量大等特点深受学者关注。近几年用于铀吸附的各种材料得到快速发展，如活性炭、纳米零价铁、介孔硅、金属有机框架材料和共价有机框架材料。
[0003]近年来，具有核壳结构的纳米零价铁(nZVI)由于其具有效率高、容量大、活性强等特性成为吸附废水中U、Cd、Ni等重金属的主要材料。但是，nZVI被用作吸附剂时存在nZVI颗粒容易团聚和氧化，导致稳定性差的缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法，本专利技术提供的碳基材料不易团聚和氧化，稳定性能优异。
[0005]为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]一种碳基材料，包括碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的纳米零价铁颗粒。
[0007]优选地，所述碳基材料中纳米零价铁颗粒的质量含量为4～6％。
[0008]优选地，所述纳米零价铁颗粒的粒径为200～300nm。
[0009]本专利技术还提供了上述技术方案所述碳基材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]将铁氰化钾、葡萄糖、pH调节剂和水混合，得到前驱液；
[0011]将所述前驱液和碳材料混合，进行水热反应，得到碳基材料前驱体；
[0012]将所述碳基材料前驱体进行炭化，得到所述碳基材料。
[0013]优选地，所述碳材料由碳纤维组成；所述碳材料、铁氰化钾与葡萄糖的质量比为1:2～3:1。
[0014]优选地，所述水热反应的温度为110～130℃，时间为4～6h。
[0015]优选地，所述炭化的温度为700～1000℃，时间为6～8h。
[0016]本专利技术还提供了上述技术方案所述碳基材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的碳基材料在净化含铀废水中的应用。
[0017]本专利技术还提供了一种含铀废水净化方法，包括以下步骤：
[0018]将碳基材料和含铀废水混合进行吸附；所述碳基材料为上述技术方案所述碳基材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的碳基材料。
[0019]优选地，所述碳基材料和含铀废水的固液比为1.2～1.6g/L。
[0020]本专利技术提供了一种碳基材料，包括碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的纳米零价铁颗粒。本专利技术通过在碳基体内掺杂纳米零价铁以及将纳米零价铁颗粒负载在碳基体表面，碳基材料能够加大纳米零价铁颗粒的扩散，有效防止纳米零价铁颗粒团聚，同时，碳材料的包裹能够减缓纳米零价铁氧化的缺陷，提高了碳基材料中的纳米零价铁颗粒的稳定性；而填充在碳基体孔隙内部的纳米零价铁颗粒具有吸附还原铀的作用。
[0021]将本专利技术提供的碳基材料应用于含铀废水净化，对铀离子的去除效果优异，由本专利技术实施例结果可知，本专利技术对浓度为5～250mg/L的含铀废水可在2～6h内达到90％以上的去除率，证明本专利技术提供的碳基材料吸附性能优异。此外，本专利技术的碳基材料的回收过程中没有毒性、腐蚀性和放射性，不会造成二次污染。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为实施例1～4中制备的碳基材料前驱体放大500倍的SEM谱图；
[0024]图2为实施例1～4中制备的碳基材料前驱体放大100000倍的SEM谱图；
[0025]图3为实施例1～4中制备的碳基材料前驱体的XRD谱图；
[0026]图4为实施例1制备的碳基材料的SEM谱图；
[0027]图5为实施例2制备的碳基材料的SEM谱图；
[0028]图6为实施例3制备的碳基材料的SEM谱图；
[0029]图7为实施例4制备的碳基材料的SEM谱图；
[0030]图8为实施例1～4制备的碳基材料和碳基底的XRD谱图；
[0031]图9为实施例1～4制备的碳基材料的XPS能谱图；
[0032]图10为实施例2制备的碳基材料的Fe 2p高分辨率XPS能谱图；
[0033]图11为碳材料和实施例1～4制备的碳基材料对含铀离子水溶液的吸附效果图；
[0034]图12为实施例2制备的碳基材料吸附铀离子前后的XPS全谱图；
[0035]图13为实施例2制备的碳基材料吸附铀离子前后的高分辨率U 4f光谱图；
[0036]图14为实施例2制备的碳基材料吸附铀离子前后的XRD图谱；
[0037]图15为不同pH条件下实施例2制备的碳基材料对铀离子的吸附效果图；
[0038]图16为不同吸附温度下实施例2制备的碳基材料对铀离子的吸附效果图；
[0039]图17为实施例2制备的碳基材料针对不同浓度铀离子的吸附效果图；
[0040]图18为不同阳离子条件下实施例2所述碳基材料对铀离子的吸附效果图；
[0041]图19为不同阴离子条件下实施例2所述碳基材料对铀离子的吸附效果图；
[0042]图20为实施例2制备的碳基材料针对海水中铀的提取能力测试结果图；
[0043]图21为实施例2制备的碳基材料三个循环周期试验后对铀离子的吸附效果图。
具体实施方式
[0044]本专利技术提供了一种碳基材料，包括碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的纳米零价铁颗粒。
[0045]在本专利技术中，所述碳基材料中纳米零价铁颗粒的质量含量优选为4～6％，更优选为5％。
[0046]在本专利技术中，所述纳米零价铁颗粒的粒径优选为200～300nm，更优选为200～250nm。在本专利技术中，纳米零价铁颗粒具有吸附还原铀的的作用。
[0047]本专利技术还提供了上述技术方案所述碳基材料的制备方法，包括以下步骤：
[0048]将铁氰化钾、葡萄糖、pH调节剂和水混合，得到前驱液；
[0049]将所述前驱液和碳材料混合，进行水热反应，得到碳基材料前驱体；
[0050]将所述碳基材料前驱体进行炭化，得到所述碳基材料。
[0051]在本专利技术中，若无特殊说明，所有的制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
[0052]本专利技术将铁氰化钾、葡萄糖、pH调节剂和水混合，得到前驱液。在本专利技术中，所述前驱液中铁氰化钾的质量浓度优选为20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳基材料，包括碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的纳米零价铁颗粒。2.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，所述碳基材料中纳米零价铁颗粒的质量含量为4～6％。3.根据权利要求1或2所述的碳基材料，其特征在于，所述纳米零价铁颗粒的粒径为200～300nm。4.权利要求1～3任一项所述碳基材料的制备方法，包括以下步骤：将铁氰化钾、葡萄糖、pH调节剂和水混合，得到前驱液；将所述前驱液和碳材料混合，进行水热反应，得到碳基材料前驱体；将所述碳基材料前驱体进行炭化，得到所述碳基材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料由碳纤维组成；所述碳材料、铁氰化钾与葡萄糖的质量比为1:2...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆意，彭国文，郭帅帅，张清彦，唐国龙，曾庆明，郝云蛟，陈艳琳，陶鑫宇，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：