[发明专利]一种用于原位处理含铀地下水的除铀材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种用于地下水除铀的材料，尤其涉及一种能够原位处理含铀地下水的除铀材料，以及该材料的制备方法，属于功能材料制备技术领域。

背景技术

为了人类的健康以及社会的发展，世界各国已展开对含铀废水处理技术的研究。其中对低浓度含铀地下水处理技术的研究主要集中在粘土矿物的吸附作用、化学药剂的吸附沉淀作用、微生物处理法、高分子材料处理技术以及农作物对铀的吸附效果。目前现有的处理技术存在成本高、效率低、修复周期长及二次污染风险大的弊端。纳米零价铁能将溶液中高价态的金属离子还原为低价态，已广泛应用于环境污染物的修复研究中，其具有颗粒小、比表面积大的特征，但纳米零价铁极易团聚，导致减小其表面积，从而影响其对污染物的修复效果。

发明内容

本发明提供了一种用于原位处理含铀地下水的除铀材料，解决了背景技术中的不足，该材料在低浓度铀的地下水修复过程中，集合了伊利石良好的吸附性能和纳米零价铁的强还原性，处理效果好。该材料能够有效的去除地下水中的铀，去除率可达98％以上。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种用于原位处理含铀地下水的除铀材料，所述材料呈粉末状，包括作为支撑材料的伊利石颗粒以及附着在伊利石颗粒表面的纳米零价铁。

所述伊利石颗粒为1250目，其粒径大小为0.1～10μm。

本发明同时还提供了一种制备上述除铀材料的方法，包括以下步骤：(1)、将伊利石研磨粉碎，筛分至1250目以下，然后将其放入干燥箱，在75～85℃下干燥，干燥后备用；

(2)、将上步骤中干燥后的伊利石粉末加入容器中，并在容器中配置浓度为0.143mol/L～0.716mol/L的铁盐溶液，在通氮气的情况下机械搅拌10～15min，使铁盐溶液与伊利石粉末充分混合，伊利石粉末均匀分散在铁盐溶液中；

(3)、向容器中滴加浓度为0.187mol/L～0.935mol/L的硼氢化钠或硼氢化钾溶液，整个反应过程持续通入氮气并剧烈的机械搅拌直至反应结束，反应结束后继续搅拌15～20min；

(4)、搅拌停止后，立即真空抽滤，过滤完毕得到的滤饼用乙醇溶液进行过滤洗涤，再用无水乙醇进行过滤洗涤，洗涤后得到黑色固体；

(5)、将上步骤中得到的黑色固体立即转移到真空干燥箱中真空干燥，干燥温度为60～70℃，干燥后即制得用于原位处理含铀地下水的除铀材料。

步骤(2)中铁盐溶液的配制方法为：将铁盐溶解于乙醇溶液中，铁盐溶液的浓度为1.44～7.16mol/L，所述铁盐为氯化铁/亚铁、硫酸铁/亚铁、硝酸铁/亚铁及其水结晶态中的一种。

步骤(3)中对硼氢化钠或硼氢化钾溶液的滴加速度进行控制，确保溶液在20～30min内滴加完毕。

本发明所提供的除铀材料适合于处理铀含量为100～500μg/L的地下水，在进行处理时，在地下水中加入上述材料，添加量为0.05g/L～0.1g/L，反应时间持续3小时即可有效除去地下水中的铀，去除率大于98％。

本发明中，由于粘土矿物具有良好的吸附性能，能吸附水溶液中的离子固定在粘土矿物表面及层间。伊利石作为三大粘土矿物中的一种广泛存在于自然界中，其具有良好的承载能力，稳定性，容易获取价格低廉，适合污染修复工程使用，且不会造成二次污染。伊利石表层为片状结构，为零价铁的支撑提供了有效空间。上述材料是以硼氢化钠为还原剂将铁离子还原成纳米零价铁附着在伊利石表面而制成的。用伊利石作为支撑材料对纳米零价铁进行支撑，能改善纳米零价铁的团聚，增大比表面积，提高纳米零价铁的稳定性。在反应过程中，采用预处理过的伊利石作为支撑材料，利用伊利石片状结构使反应产生的纳米零价铁颗粒分散并附着在伊利石上，同时通入惰性气体，加强纳米零价铁颗粒的分散作用。伊利石支撑的纳米零价铁活性强，承载力高，稳定性好，粒径分布更均匀；伊利石支撑纳米零价铁能作为可渗透反应墙活性填料，为重金属污染地下水提供更加安全、经济、高效的方法。

总的来说，本发明与现有技术相比具有以下优点：1、相对于现有的处理含铀地下水处理技术，本发明所制备材料集合了伊利石的良好吸附性能和纳米零价铁的还原性，处理效率大大提高，并降低二次污染风险。

2、相对于纳米零价铁，本发明用伊利石来支撑纳米零价铁，改善了其易团聚的问题，零价铁不易被氧化，更加稳定，承载能力提高，可用于地下水原位修复。

3、本发明所提供的材料在实验室条件下即可合成，制备方法简单易操作，所用原料价廉易得，对外界环境条件无特殊要求，合成产物质量高，稳定性好。

附图说明