[发明专利]一种石墨烯气凝胶在光催化去除铀中的应用

说明书

本发明公开一种石墨烯气凝胶在光催化去除铀中的应用，将石墨烯气凝胶放入含铀溶液中，加入甲醇牺牲剂，于暗箱内搅拌接触，之后打开光源进行光催化反应，使其中的铀得以去除；本发明还公开了上述石墨烯气凝胶的制备方法，以石墨为原料，制备氧化石墨烯，并配制氧化石墨烯水溶液然后进一步超声搅拌，将氧化石墨烯片层进一步剥离得到混合液；所得混合液置于高温焙烧后冷却，产物清洗后冷冻干燥得所述石墨烯气凝胶；本发明制备的石墨烯气凝胶对铀具有优异的光催化性能，去除容量高达1050mg/g，且循环使用5次以后仍具有很高的活性。

技术领域

本发明涉及环境污染治理技术领域，具体涉及一种石墨烯气凝胶在光催化去除铀中的应用。

背景技术

作为化石燃料的替代能源，核能可以提供廉价的电能，同时不释放温室气体，是未来能源发展的方向。铀是一种重要的核燃料，随着核能的蓬勃发展，对铀的需求量也逐年增加。此外，在核燃料循环以及意外核事故过程中会产生含铀废水，污染环境的同时也威胁着人类的健康。因此，积极开采铀资源，进一步发展燃料后处理技术，寻求新型方法和材料用于含铀废水的处理，是保护环境以及缓解我国铀资源短缺问题的关键。在各种方法中，吸附法由于操作简单、吸附剂可设计等优点而备受关注。然而吸附剂表面的活性位点限制了吸附容量的进一步提升，需要开发新的方式打破活性位点的限制。光催化法由于具有高效、环境友好、节能等特点而被广泛应用于污水治理领域。研究学者已经合成一些催化剂(C₃N₄，TiO₂，MOFs等)将水中易溶于水的U(VI)还原为微溶于水的U(IV)，进而实现对水中铀的去除。但是，这些实验大多需要在惰性气氛下进行，大大限制了其在实际应用中的推广。此外，暴露在空气中的光催化过程更为复杂，光催化机理尚不明确，因而在空气中的光催化材料和机理亟需探究。由氧化石墨烯还原而形成的石墨烯气凝胶(GA)，也被称为3D石墨烯，已经在环境和催化领域有所应用。它通常作为一种骨架材料负载活性物质如TiO₂,Fe₃O₄或ZnO等而获得较高的光催化活性，用于金属离子的光催化去除。然而将石墨烯气凝胶用于铀的光催化去除并探究其光催化机理的研究尚未报道。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种石墨烯气凝胶在光催化去除铀中的应用。

一种石墨烯气凝胶在光催化去除铀方面的应用。

优选的，包括以下步骤：将石墨烯气凝胶放入含铀溶液中，加入甲醇作为牺牲剂，于暗箱内搅拌接触，之后打开光源进行光催化反应，使其中的铀得以去除。

优选的，打开氙灯(350W)，置入420nm滤光片模拟可见光，进行光催化反应

优选的，所述含铀溶液的pH值为1-10，浓度为0.1-1mM；石墨烯气凝胶与含铀溶液的固液比为1g:(1-200)mL。

优选的，暗箱搅拌接触时间为1h。

优选的，在溶液中甲醇的加入体积为溶液总体积的4％。

优选的，当铀溶液中含有氯离子时，在进行铀去除前，先对其中的氯离子进行去除或者在铀溶液中引入醋酸根离子。

优选的，所述铀溶液中氯离子浓度0.1-10mM，所述醋酸根离子浓度为0.4mM。

本发明还提供上述的用于光催化除铀的石墨烯气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)以石墨为原料，制备氧化石墨烯，并配制氧化石墨烯水溶液备用；

(2)步骤(1)配制的氧化石墨烯水溶液超声搅拌，将氧化石墨烯片层进一步剥离得到混合液；

(3)将步骤(2)制备的混合液置于140-220℃条件下高温焙烧后冷却，产物清洗后冷冻干燥得所述石墨烯气凝胶。