[发明专利]一种磁性材料的制备及其去除水中放射性核素等的应用

说明书

一种磁性材料的制备及其去除水中放射性核素等的应用，属于环境治理以及环境保护技术领域。制备了Fe₃O₄负载的钙基三维骨架磁性材料，用于废水中放射性核素及重金属等有毒离子的吸附去除。将可水溶性钙盐水溶液、有机骨架配体有机溶液分别加入到磁基材料Fe₃O₄的乙醇溶液中，加热条件下旋蒸一段时间，然后分离干燥即可。本发明制备的新型磁性三维骨架材料对于我国废水中放射性核素的处置以及工业废水中重金属离子的处置均具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及磁性材料与一种金属有机骨架(Metal-Organic Framework，MOF)复合材料的制备以及该复合材料对模拟放射性废水中典型放射性核素以及废水中重金属离子的吸附处理。适用于核能利用产生的废水及突发核事故产生的放射性废水中典型核素如锶以及水体中重金属离子的吸附处理，属于环境治理以及环境保护技术领域。

背景技术

核工业在生产、发展、使用的过程中以及突发的核事故会有大量的放射性废水产生，例如核电站、铀矿开采、医院、科学研究部门等会产生不同放射性强度的废水，已经引起了国内外学者的广泛关注，废水排放到环境之前对其进行有效的处理是十分有必要的。放射性废水中含有大量的放射性核素钍(²³²Th)、锶(⁹⁰Sr)、铯(¹³⁷Cs)、铀(²³⁵U)、碘(¹²⁹I)等，这些放射性核素如果被排放到环境中会对环境造成长期的、不可挽回的危害，并且通过各种食物链进入人体后会在人体内富集，严重危害人体的健康。放射性废水已经成为困扰我们的新的环境问题。近年来，工业废水中有毒重金属离子的存在也已经引起了人们的广泛关注。重金属离子毒性很强，即使微量重金属也会产生毒性反应，并且毒性是长期性，会迁移和转移，通过食物链在活生物体内积累，引起人们呕吐、长期昏迷、免疫力低下等各种疾病。铅对人体、动植物都有很大的危害，会造成动植物死亡，人类贫血、厌食、脑损伤、呕吐等症状；并且，同时跟放射性核素锶类似，铅也可以替代钙，在骨组织中累积对人体造成伤害。所以对放射性核素以及重金属离子的处理是刻不容缓的。为了扩展新材料的应用，除了应用于典型的放射性核素外，合成的新材料也被研究应用于废水中重金属离子处理中。

目前，目前放射性废水的处理，常用的处理方法包括化学沉淀法、蒸发浓缩法、膜处理方法、生物处理法以及吸附法等。其中吸附法因其简单、高效、成本低而成为主流的处理手段，所以本发明展开了对高效吸附材料的研究。金属有机骨架材料(Metal-OrganicFrameworks,MOFs)是金属离子和有机配体通过配位组合构成的多孔晶体材料。因其具有较大的比表面积、较高的孔隙率、特殊的金属中心(饱和或不饱和金属位点)和丰富的几何构型而有广泛的应用。虽然单纯的MOFs材料虽然在核素吸附方面展现了其一定的优越性，但是吸附过程中存在回收困难等缺陷。本发明提出了一种用磁基材料Fe₃O₄负载在Ca的MOF材料(Ca(CH₃COO)₂·H₂O、均苯三甲酸(H₃BTC)、无水乙醇(CH₃CH₂OH))，以典型的放射性核素锶及典型的重金属铅为例子，对磁性MOFs新型材料进行了制备及应用。

将硝酸锶或硝酸铅溶解在水溶液中，然后向溶液中加入制备的Fe₃O₄/Ca-BTC材料的固体粉末，由于Sr和Pb与均苯三甲酸结合的能力好于Ca与均苯三甲酸结合的能力，所以Sr和Pb与均苯三甲酸形成新的沉淀，并且材料具有磁性，吸附处理结束后可以通过磁性分离将材料去除，有利于回收，从而实现了对Sr、Pb的吸附高效分离以及材料的有效分离。

本发明提供了一种磁基金属有机骨架材料吸附放射性核素如Sr²⁺、Cs⁺等和重金属离子如Pb²⁺、Mn²⁺等，此发明方法与之前的研究方法不同之处在于：