[发明专利]用于放射性废水处理的气凝胶的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了用于放射性废水处理的气凝胶的制备方法及其产品和应用，将海藻酸钠与多酚化合物溶解，通过钙离子交联制得水凝胶，然后将水凝胶置于有机溶剂中进行溶剂置换，然后加入交联剂进行化学交联，干燥制得气凝胶，气凝胶表面具有大量的羧基和酚羟基活性官能团可与多种放射性核素金属阳离子进行络合，且比表面积大，机械强度高，具有大量的羧基和酚羟基活性基团，对废水中的放射性核素具有很好的吸附性能，适用于放射性废水的吸附处理。

技术领域

本发明涉及材料化工领域，具体涉及用于放射性废水处理的气凝胶的制备方法，还涉及由该方法制得的产品和应用。

背景技术

在核工业的迅速发展过程中，不可避免的会发生放射性核素的泄露，导致大量放射性废水被排放到环境中。放射性废水中的核素以铀、锶等金属阳离子为主。这些放射性核素不仅具有重金属离子的化学毒性，还具有放射性，对生态环境和人体健康造成不可估量的影响。因此，如何高效去除放射性废水中共存的多种核素变得刻不容缓。

对含重金属离子的工业废水，传统的处理方法包括化学沉淀法、离子交换法、吸附法等，但这些方法都存在一定的缺陷。化学沉淀法不适于废水中低浓度重金属离子的去除，且易产生二次污染。离子交换法成本较高，缺乏特异性，易受共存离子的影响。吸附法具有操作简单、成本低廉、除去率高等优点而被广泛应用于各种重金属离子和环境污染物的去除。目前常用的吸附材料包括炭材料、生物质材料、天然及合成沸石等多孔材料。但这些吸附材料缺乏特异性，因此针对放射性核素探索高效的吸附材料具有重要的意义，解决放射性废水的处理缺乏有效的技术手段问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种用于放射性废水处理的气凝胶的制备方法，利用海藻酸钠分子链中含有大量的羧基，与金属阳离子有较强的络合能力，作为吸附剂可用于重金属离子的吸附。单宁酸、没食子酸等多酚化合物结构中含有大量酚羟基，可以与多种金属离子和放射性核素络合，且不受干扰离子的影响。将海藻酸钠与钙离子发生交联反应形成水凝胶，进一步干燥可制得气凝胶，克服这些化合物的水溶性限制其应用；然后通过化学交联剂反应形成共价键，将会大大提高以海藻酸钠基气凝胶的力学性能，交联后在材料中引入酚羟基结构，提高其对金属阳离子的吸附能力。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、用于放射性废水处理的气凝胶的制备方法，将海藻酸钠与多酚化合物溶解，通过钙离子交联制得水凝胶，然后将水凝胶置于有机溶剂中进行溶剂置换，然后加入交联剂进行化学交联，干燥制得气凝胶。

本发明优选的，所述多酚化合物为单宁酸或没食子酸；所述有机溶剂为乙酸乙酯、丙酮、乙腈中的任意一种；所述交联剂为异氰酸酯固化剂。

本发明优选的，所述钙离子交联为加入碳酸钙，充分混匀后再加入葡萄糖酸内酯混匀；也可以使用其他钙盐化学物，使用碳酸钙时钙离子释放缓慢，形成的水凝胶均匀，葡萄糖酸内酯的作用使钙离子释放更加缓慢，形成的水凝胶更均匀。

本发明优选的，所述海藻酸钠与多酚的质量比为1:5～5:1，所述海藻酸钠和多酚总质量与交联剂的质量比为10～50:1。

优选的，所述化学交联为再温度为50℃静置至少24小时。

更优选的，具体步骤如下：将海藻酸钠与多酚化合物按质量比为2：1在水中溶解，加入相当于多酚化合物质量0.5倍的碳酸钙充分混匀后再加入与多酚化合物等量的葡萄糖酸内酯充分混合，静置得水凝胶，然后将水凝胶依次置于体积分数为60％的丙酮水溶液和丙酮中进行溶剂置换，然后加入异氰酸酯质量分数为50％的丙酮溶液，静置至少24小时后，加温至50℃静置72小时进行化学交联，再置于丙酮中静置，干燥制得气凝胶。

制得的气凝胶具有机械强度高，比表面积大，易装填使用，表面具有大量羧基和酚羟基活性基团，可与多种放射性核素进行络合吸附，适用于放射性废水的处理。

2、由所述的制备方法制得的用于放射性废水处理的气凝胶。