本發(fā)明屬于放射性水體處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭高效吸附劑的制備方法與吸附劑處理水體中的放射性碘離子。

背景技術(shù)：

碘共有26種同位素,即I¹¹⁵～I¹⁴⁰，I¹²⁷是其中唯一的穩(wěn)定性同位素，其余均具有放射性，尤其以¹²⁵I、¹³¹I和¹²⁹I對環(huán)境的危害最為嚴重。放射性碘主要產(chǎn)生于核工業(yè)、工農(nóng)業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域。發(fā)生核爆炸及反應(yīng)堆事故時，產(chǎn)生的放射性碘若未經(jīng)妥善處理而進入水體環(huán)境(如海洋、河流、地下水等)，最終通過吸附、吸收、食物鏈等方式進入人體，在人體內(nèi)逐漸積累，進入會導(dǎo)致甲狀腺等器官的癌變，對人體造成無法估量的損害。

水體中存在的無機碘主要包括碘離子(I^-)和碘酸根(IO₃^-)等。日本福島核電站事故發(fā)生后，釋放到水體中的碘核素主要為碘離子。

常用的去除水體中放射性碘離子的技術(shù)主要包括化學(xué)沉淀法、離子交換法、吸附法、膜分離技術(shù)、生物處理法等。相比較而言，吸附法是一種很有競爭力的方法，利用材料表面特殊結(jié)構(gòu)并通過分子間作用力或者化學(xué)鍵作用實現(xiàn)對碘離子的吸附，具有工藝簡單、低能耗、清潔等優(yōu)點?；钚蕴渴且环N廣泛應(yīng)用的吸附劑，但是單獨活性炭對水體中放射性碘離子的吸附性能較低，需要對其進行改性，提高吸附性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服單獨活性炭對水體中放射性碘離子的吸附性能較低的缺點，提出一種制備高效納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭吸附劑的方法，用于水體中放射性碘離子的去除。該制備方法簡單易行，條件溫和，操作簡單，制備周期短，制備成功率高，且原料經(jīng)濟易得，可以實現(xiàn)大量生產(chǎn)。該方法制備的納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭吸附劑由于納米氧化亞銅/銅的加入，對水體中放射性碘離子具有良好的吸附效果。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭吸附劑的制備方法，用于去除水體中放射性碘離子。放射性碘采用¹²⁷I替代。主要吸附流程為：向含碘離子的水體中投加納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭，使水體中的碘離子被納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭吸附。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭吸附劑的制備方法，將聚乙烯亞胺加入超純水中，然后與硝酸銅混合、攪拌；加入活性炭，放入高壓釜中，密封反應(yīng)釜，在180～220℃下水熱反應(yīng)3～12h；將高壓釜自然冷卻至室溫，所得固體樣品用去離子水洗滌，50～80℃條件下真空干燥，得納米氧化亞銅/銅修飾活性炭。

所述聚乙烯亞胺、硝酸銅、活性炭的在每升水中的質(zhì)量比為1.06～3.05：1.02～5.90：2；優(yōu)選每升水中聚乙烯亞胺、硝酸銅、活性炭的用質(zhì)量比為1.32：1.97：2.

所述活性炭為椰殼活性炭；

所述高壓釜水熱反應(yīng)溫度優(yōu)選為220℃，反應(yīng)時間優(yōu)選為3h；

所述干燥溫度優(yōu)選為60℃，干燥條件為真空干燥。

應(yīng)用本發(fā)明的吸附劑處理水體中放射性碘離子：向含碘離子的放射性水體中投加納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭，使放射性水體中的碘離子被納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭吸附。

放射性水體中碘離子的質(zhì)量濃度為1～30mg/L；吸附劑納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭投加量為0.25～2g/L；優(yōu)選為1g/L。

優(yōu)選吸附反應(yīng)時間為1.5～2h。溫度為25℃。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：(1)本發(fā)明提出的放射性碘離子污染水體的處理方法，工藝簡單、低能耗、清潔。(2)本發(fā)明提出的納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭吸附劑的制備方法，制備條件溫和，工藝簡單，成本低廉，快速易得；(3)經(jīng)過納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭，對水體中的碘離子展現(xiàn)出良好的吸附性能，初始濃度為1～30mg/L，吸附劑投加量為1g/L條件下，去除效果可達90％以上。此方法可以用于受放射性碘離子污染水體的應(yīng)急處理，是一種經(jīng)濟實用的水體中的去除放射性碘離子的方法。

附圖說明

圖1為實施例1中納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭的制備流程圖。

圖2為實施例1中納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭的SEM圖。

圖3為實施例1中納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭的EDS圖。

圖4為實施例1中納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭吸附水體中的碘離子的動力學(xué)效果圖。

圖5為實施例1中納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭吸附水體中不同濃度碘離子的效果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規(guī)方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業(yè)途徑而得。

實施例1：

先稱取1.32g聚乙烯亞胺，加入100mL超純水，磁力攪拌直到完全溶解。然后加入1.97g硝酸銅,磁力攪拌得到均勻的藍色溶液。再稱取2g椰殼活性炭，磁力攪拌。放入高壓釜中，密封反應(yīng)釜，保持在220℃下恒溫水熱反應(yīng)3h。待高壓釜自然冷卻到室溫，所得樣品用去離子水多次洗滌，60℃溫度下真空干燥得到納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭,如圖1所示。

制備的納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭用掃描電鏡(SEM)觀測形態(tài)，能譜(EDS)分析納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭的化學(xué)元素組成，并用其吸附水體中的碘離子。向含2mg/L的模擬放射性碘離子的水體中投加1g/L納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭，溫度為25℃，攪拌轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘。由圖2中納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭的SEM圖可知，褶皺形態(tài)為椰殼粉末活性炭，納米氧化亞銅/銅顆粒均勻分布于活性炭表面，尺寸約為80～100nm。由圖3的EDS能譜可知，該吸附材料的主要元素為C、O和Cu。由圖4的吸附實驗結(jié)果表明，吸附材料對碘離子的吸附平衡時間為2h，吸附效率為96.1％。

實施例2：

先稱取1.06g聚乙烯亞胺，加入100mL超純水，磁力攪拌直到完全溶解。然后加入1.18g硝酸銅，磁力攪拌得到均勻的藍色溶液。再稱取2g椰殼活性炭，磁力攪拌。放入高壓釜中，密封反應(yīng)釜，保持在180℃下恒溫水熱反應(yīng)3h。待高壓釜自然冷卻到室溫，所得樣品用去離子水多次洗滌、50℃溫度下真空干燥得納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭。

向含2mg/L的模擬放射性碘離子的水體中投加1g/L納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭，溫度為25℃，攪拌轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘。與實施例1相比，實施例2中制備的納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭的吸附效率為95.7％。

實施例3：

先稱取3.05g聚乙烯亞胺，加入100mL超純水，磁力攪拌直到完全溶解。然后加入5.90g硝酸銅，磁力攪拌得到均勻的藍色溶液。再稱取2g椰殼活性炭，磁力攪拌。放入高壓釜中，密封反應(yīng)釜，保持在200℃下恒溫水熱反應(yīng)3h。待高壓釜自然冷卻到室溫，所得樣品用去離子水多次洗滌、80℃溫度下真空干燥得納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭。

向含2mg/L的模擬放射性碘離子的水體中投加1g/L納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭，溫度為25℃，攪拌轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘。與實施例1相比，實施例3中制備的納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭的吸附效率為84.1％。Cu²⁺和活性炭比例較高時，會占據(jù)活性炭表面的活性位點，降低對水體中碘離子的吸附性能。

實施例4：

先稱取1.32g聚乙烯亞胺，加入100mL超純水，磁力攪拌直到完全溶解。然后加入1.97g硝酸銅，磁力攪拌得到均勻的藍色溶液。再稱取2g椰殼活性炭，磁力攪拌。放入高壓釜中，密封反應(yīng)釜，保持在220℃下恒溫水熱反應(yīng)7h。待高壓釜自然冷卻到室溫，所得樣品用去離子水多次洗滌、60℃溫度下真空干燥得納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭。

向含2mg/L模擬放射性碘離子的水體中投加1g/L納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭，溫度為25℃，攪拌轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘。與實施例1相比，實施例4中制備的納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭的吸附效率為86.2％。

實施例5：

先稱取1.32g聚乙烯亞胺，加入100mL超純水，磁力攪拌直到完全溶解。然后加入1.97g硝酸銅,磁力攪拌得到均勻的藍色溶液。再稱取2g椰殼活性炭，磁力攪拌。放入高壓釜中，密封反應(yīng)釜，保持在220℃下恒溫水熱反應(yīng)12h。待高壓釜自然冷卻到室溫，所得樣品用去離子水多次洗滌、60℃溫度下真空干燥得納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭。

向含2mg/L的模擬放射性碘離子的水體中投加1g/L納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭，溫度為25℃，攪拌轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘。與實施例1相比，實施例5中制備的納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭的吸附效率為85.4％。實施例4和5說明，延長水熱反應(yīng)時間，Cu⁺會進一步被還原為Cu單質(zhì)，使得制備的納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭對水體中碘離子的吸附性能降低。

實施例6：

向含1～30mg/L的模擬放射性碘離子的水體中投加1g/L實施例1制備的納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭，溫度為25℃，攪拌轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘，吸附時間為2h。由圖5納米氧化亞銅/銅修飾的活性炭吸附水體中不同濃度碘離子的吸附實驗結(jié)果表明，吸附材料對含1～30mg/L放射性碘離子的水體都具有較高的吸附性能。