[发明专利]用于富集核废水中铀的多晶型纳米氧化镁生物炭吸附剂

说明书

本发明公开了一种用于富集核废水中铀的多晶型纳米氧化镁生物炭吸附剂及其制备方法与应用，其是将农林废弃物洗净后粉碎、过筛、烘干、活化后，置于水热釜内胆中，依次加入镁试剂、无水乙醇以及NaOH溶液，通过溶剂热反应得到载镁生物质，再将所得载镁生物质进行炭化，以制得多晶型纳米氧化镁生物炭吸附剂。本发明利用农林废弃物为原料制备生物炭，原料丰富，制备简单，所得多晶型纳米氧化镁生物炭吸附剂对放射性元素铀的吸附效果显著。

技术领域

本发明属于炭材料领域，具体涉及一种用于富集核废水中铀的多晶型纳米氧化镁生物炭吸附剂及其制备与应用。

背景技术

铀（U）是原子序数为92的可裂变核素，原子质量为238，广泛分布于地壳中。铀受热中子轰击后会引发链式核裂变，可释放出大量的核能，理论上1 g 235U经核裂变反应可产生等同于1.5 t煤燃烧时产生的能量，因此常被用作核电厂的燃料。如今随着能源危机的加剧，核电产业逐渐受到各国的青睐，发展核电成为我国能源发展战略之一。随着核电的发展，如何开发与利用铀资源具有重要的意义。

铀资源主要有铀矿、海水和含铀废水等。现今所使用的铀资源，基本源自至铀矿，但铀矿的储存量仅为300万吨，难以满足人类长期发展核电的愿望。海水中含有45亿吨铀，但由于海水中铀浓度极低，富集海水中的铀较为困难。铀矿的开采、加工、核电站运行以及意外泄漏等产生的含铀废水中含有大量未被利用的铀，是极其宝贵的铀资源。从含铀废水中回收铀，对铀进行回收利用的同时，也减轻了含铀废水对环境的污染。

目前，常见的从含铀废水回收U(VI)的处理方法有离子交换法、萃取法、化学沉淀法以及吸附法。离子交换法使用离子交换树脂为媒介，与溶液中的U(VI)进行交换，分离放射性废水中的U(VI)。离子交换法设备较为简单，且吸附性能优良，但离子交换树脂制作成本较高，且树脂易中毒。萃取法通过有机萃取剂与含铀废水充分接触，U(VI)被萃取至有机萃取剂。萃取法具有能耗低、设备要求简单、操作简单、易于大规模连续化生产等优点。但萃取法需要大量的消耗萃取剂，成本较高，后续残存于水溶液的有机萃取剂处理较为困难，且萃取法不适用于低浓度的含U(VI)溶液。化学沉淀法使用沉淀剂和絮凝剂与废水中的U(VI)发生反应，将溶液中的U(VI)以化学沉淀的形式从溶液中分离出来。化学沉淀法虽然成本低廉、操作简单、适用性强，但化学沉淀法会产生大量含放射性的污泥，易造成二次污染，且化学沉淀法无法适用于含大量阳离子的含U(VI)溶液。吸附法主要涉及吸附剂材料与废水中U(VI)接触，U(VI)被吸附于吸附剂之上。相较于离子交换法、萃取法以及化学沉淀法，吸附法简单易行、分离效率高，且吸附材料来源广泛。

吸附法的关键在于吸附剂材料的制备，近年来以“绿色环保、经济高效”著称的生物炭材料引起了人们广泛关注。但原状生物炭往往存在吸附量较小以及选择性差的缺点。因此，开发一种成本低廉、高效可行的新型生物炭对放射性废水低浓度U(VI)的选择性吸附分离具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种简单易行、成本低廉的多晶型纳米氧化镁生物炭吸附剂的制备方法，其通过负载具有亲水性的纳米氧化镁颗粒于以农林废弃物为原料制备的生物炭上，制得了一种具有超亲水表面的多晶型纳米氧化镁生物炭吸附剂，并将其应用于含铀废水中低浓度U(VI)的选择性吸附分离，达到以废治废的效果。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于富集铀的多晶型纳米氧化镁生物炭吸附剂的制备方法，其包括以下步骤：

1）制粒：将收集的农林废弃物洗涤、干燥、粉碎、过筛、烘干，制得生物质颗粒；

2）活化：将步骤1）制得的生物质颗粒于NaOH溶液中浸渍一段时间以脱除部分半纤维素与木质素，然后洗涤至中性，烘干，制得活化生物质颗粒；

3）载镁：将步骤2）制得的活化生物质颗粒置于水热釜内胆中，依次加入镁试剂、无水乙醇以及NaOH溶液，通过溶剂热反应得到载镁生物质；

4）炭化：将步骤3）制得的载镁生物质颗粒炭化后冷却至室温，制得所述多晶型纳米氧化镁生物炭吸附剂。