[发明专利]一种在高酸度下对铀酰离子具有良好吸附性能的吸附材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种在高酸度下对铀酰离子具有良好吸附性能的吸附材料及其制备方法，该吸附材料可用于高酸度废水中铀酰离子的去除。

背景技术

核能发电已成为能源发展的一个趋势，它具有污染小、发电量大、效率高等优点，在当今全球低碳环保的背景下是一种有发展潜力的新能源。它既可避免大量燃料的运输和消耗，又可减少对环境的污染。此外，核能作为和平利用的重要能源，已经被广泛用于医疗、工业、农业等其它领域。其中铀及其化合物是核工业中不可缺少的重要原料之一，而核反应产生的核辐射线和人工制取的铀同位素更是许多科研领域中有效的研究工具。近年来，核能的快速发展在给人类社会带来巨大经济效益和社会效益的同时，因其放射性废水的排放量越来越大，对环境也造成了严重的污染。低浓度含铀废水来源很多,在核燃料循环过程中，从铀矿的开采、选冶和精制的废水，到核燃料原件制造的废水、反应堆的运行废水中都含有大量的铀，废水液酸度很高。各大医院、研究部门及高等院校实验室在研究铀的实验过程中会产生一定量的含铀酸性废水，对环境的污染也不容忽视。铀是具有天然放射性的元素，广泛应用于工业、农业和国防等众多领域中，但是它对生物体有很大的毒性，放射性核素铀进入环境后，会对生态环境和人类健康造成伤害，因此人们越来越重视废水中铀的去除以及回收。

含铀废水中不仅有重金属离子以及多种酸碱盐类，还含有镭、钍等放射性元素^[4]。铀在水溶液中的价态包括：三价、四价、五价和六价。三价铀离子是强还原剂，易被氧化为四价和六价。四价铀能够被溶液中的氧缓慢氧化为六价。五价铀在酸性溶液中会发生歧化反应，一部分被还原为四价，一部分被氧化为六价。通常情况下，水溶液中的铀为六价，即以铀酰离子(UO₂²⁺)形式存在，其迁移、弥散过程中pH对其影响很大，在pH升高时，如硫酸铀酰在pH>3时就开始强烈水解，pH＝5～6时可以沉淀完全，所以在低pH条件下，铀比较容易弥散、迁移，可溶性较好，不易去除，水体中除铀主要指的是去除U(VI)及其化合物，即微量铀酰离子。

无论是回收再利用铀资源以提高资源利用率、缩小铀资源供需差距，还是减小含铀废水对环境的污染、降低对人体的伤害，从废水中分离富集铀都是必要的。处理含铀废水的方法可分为物理、物理化学、生物处理方法。物理法中有自然沉降、过滤、稀释、蒸发浓缩、膜处理等；物理化学处理方法有化学沉淀、离子交换、电渗析、吸附等；生物法有细菌或微生物净化等。目前处理含铀废水的主要方法有蒸发浓缩、膜处理、化学沉淀、离子交换、吸附和生物处理等。其中吸附法通过选择对放射性核素有吸附性的吸附剂，使放射性核素固化，从而去除废水中铀。它具有材料来源丰富、简单、针对性强等优点，是从含铀废水中回收铀的最常用方法。吸附法净化废水中铀的主要机理包括：离子交换、表面复合、表面沉淀和表面还原沉淀等，关键在于选择合适的吸附剂。

常见的铀吸附剂有粘土矿物、生物质材料、天然高分子、碳材料等几类，然而这些吸附材料存在吸附效率不高、选择性不强、生产周期长、成本高、回收困难等问题。而复合材料所制吸附剂的吸附量相对更大，且复合材料可根据不同用途选择不同基体形态进行复合，具有基体形态多样化的特点。更为重要的一点是，复合材料的功能基团是可设计的，可以此提高吸附剂对特定金属离子的吸附选择性。因此复合材料吸附材料已成为近年来铀的富集分离的研究热点。用于吸附的复合材料基体要求物理、化学稳定性好、比表面积大、孔隙率高并且含有嫁接能力强的功能基团，基体主要有树脂、纤维、壳聚糖、碳材料、多孔硅等。但是目前已有的吸附材料还很难能在高酸度下对铀酰离子进行有效的吸附。复合材料中的核-壳结构纳米材料是当今材料研究中一个快速发展的领域，它通过核心粒子与外壳分子的有序组装可以实现两种成分各自特性的联合，其中硅包覆材料已被广泛应用于诸多研究之中。硅包覆材料是一种具有核-壳结构的多孔纳米复合材料，硅胶的包覆可以通过化学作用、静电吸引、表面沉积、超分子组装等方式实现。由于其具有较大的表面积、高度的多孔性及尺寸可调的性质，可以被应用于吸附、分离、催化等反应，已经得到了越来越多的关注。

发明内容

本发明的目的在于提出一种在高酸度下对铀酰离子具有良好吸附性能的吸附材料，为高酸度下含铀废水的处理提供性能更为优异的新材料。

本发明制备的一种在高酸度下对铀酰离子具有良好吸附性能的吸附材料，是以氧化硅为壳、ASAIII(偶氮胂III)为核的纳米颗粒复合材料。

本发明吸附材料利用反相微乳液技术制备，包括以下步骤：