本發(fā)明屬于生態(tài)環(huán)境材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳微球基多點(diǎn)負(fù)載異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法。

背景技術(shù)：

環(huán)境與能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。

隨著人類現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，核能的發(fā)展越來越受到眾多國家的重視。根據(jù)世界核能協(xié)會的數(shù)據(jù)，截止2016年1月1日，全球在運(yùn)核電反應(yīng)堆共439座，總裝機(jī)共計(jì)38.25萬兆瓦，在建反應(yīng)堆66座，裝機(jī)容量達(dá)7.03萬兆瓦，擬建設(shè)核電反應(yīng)堆為158座，裝機(jī)容量為17.92萬兆瓦。我國也明確提出了大力發(fā)展核電的政策，預(yù)計(jì)到2020年，我國核電裝機(jī)容量占總發(fā)電量的比重將從目前的不到2％提高到7％左右。核能事業(yè)的迅速發(fā)展，對核燃料的供給能力和乏燃料處理能力帶來巨大的挑戰(zhàn)。

鈾既是核燃料的主要成分又是乏燃料后處理的關(guān)鍵放射性核素之一。從乏燃料中分離鈾，既可以充分利用有限的鈾資源，又可以降低后續(xù)處理難度，減少處理處置費(fèi)用。此外，勘探、開采、冶煉等涉鈾操作過程都會產(chǎn)生含鈾廢水，可能導(dǎo)致環(huán)境污染。如果鈾在環(huán)境中大量累積，作為兼有化學(xué)毒性和放射性毒性的重金屬，可能改變環(huán)境本底輻射，造成物種基因畸變，對人類的生存和發(fā)展構(gòu)成潛在的威脅。此外，由于核電迅猛發(fā)展，鈾需求量劇增，陸地鈾資源不足的問題擺在了人們面前。而海水中的鈾含量十分豐富，多達(dá)45億噸，是已知陸地鈾礦儲量的約4500倍，海水有可能成為將來人類所需核燃料鈾的主要來源。

因此，從水體中分離、富集、固化以及回收鈾具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。大多時(shí)候，水溶液中的鈾以六價(jià)形態(tài)(UO₂²⁺)存在，目前人們大多采用化學(xué)沉淀、吸附、萃取、生物修復(fù)、反滲透法等進(jìn)行處理。其中的吸附法高效、直接、工藝成熟，廣泛用于重金屬廢水的處理。近二十年來，光催化還原處理鈾(VI)溶液也作為一類簡單而經(jīng)濟(jì)的方法得到廣泛研究，它不僅可以解決其放射性污染環(huán)境的問題，而且還可以控制乏燃料后處理過程中放射性核素的價(jià)態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)鈾資源的固化、回收。所以，發(fā)展一類兼具吸附和光催化還原鈾(VI)的新途徑將具有重要的學(xué)術(shù)意義、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

碳微球作為一類制備成本低、制備方法多樣的碳材料，其對水溶液中的鈾(VI)有特別好的吸附作用及一定的選擇性，而基于碳微球制備多點(diǎn)負(fù)載半導(dǎo)體納米顆粒形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，只是在碳微球的多點(diǎn)位置引入半導(dǎo)體的納米顆粒形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，大部分裸露的位置仍可發(fā)揮很好的吸附作用，為光催化提供相對富集的被處理物濃度；被處理物被光催化作用后，濃度降低，又可以吸附更多的被處理物，從而達(dá)到吸附和光催化作用的耦合增強(qiáng)。這一技術(shù)少見公開報(bào)道。因此，研究和開發(fā)一種碳微球基多點(diǎn)負(fù)載異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、制備條件溫和、具有吸附和光催化還原協(xié)同效應(yīng)的碳微球基多點(diǎn)負(fù)載異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法。

本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種碳微球基多點(diǎn)負(fù)載異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其關(guān)鍵在于按照如下步驟進(jìn)行：

步驟1：以葡萄糖為碳源，水熱法制備碳微球；

步驟2：配制醋酸鉛溶液；

步驟3：將步驟1所得碳微球分散到步驟2所制醋酸鉛溶液中，磁力攪拌；

步驟4：將步驟3中的固體物質(zhì)離心分離，得到濾餅；

步驟5：將步驟4中的濾餅用無水乙醇和去離子水各洗滌一次；

步驟6：將步驟5中得到的洗滌產(chǎn)物分散到鉬酸鈉溶液中，磁力攪拌；

步驟7：將步驟6所得粗產(chǎn)品分離、洗滌和干燥，即得目標(biāo)產(chǎn)物碳微球基多點(diǎn)負(fù)載異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

上述步驟1～2中所述藥品葡萄糖和鉬酸鉛的純度不低于化學(xué)純。

在上述步驟2中溶液所用溶劑為乙二醇和去離子水混合物。

上述步驟3中的磁力攪拌時(shí)間不低于10小時(shí)。

上述步驟5中無水乙醇和去離子水的用量分別不低于濾餅體積的20倍。

上述步驟6中磁力攪拌時(shí)間不低于10分鐘。

上述步驟7中固體物質(zhì)分離后，采用去離子水、無水乙醇、丙酮交替洗滌，干燥后即得碳微球基多點(diǎn)負(fù)載異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

上述步驟7中去離子水、無水乙醇、丙酮的用量分別以所洗滌濾餅為標(biāo)志物，去離子水、無水乙醇、丙酮與洗滌濾餅的質(zhì)量比為20∶20∶20∶1。

上述步驟7中，交替洗滌次數(shù)為3～6次；所述干燥溫度為60～80℃，干燥時(shí)間為4～8h。

在上述步驟2中，醋酸鉛溶液的濃度為0.1M。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了基于碳微球和半導(dǎo)體納米顆粒間的“一核多點(diǎn)”新穎異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并提供了這一新穎結(jié)構(gòu)的制備方法，為生態(tài)環(huán)境材料的多功能耦合提供了一種新的思維。本發(fā)明的多點(diǎn)負(fù)載異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料不同于核殼結(jié)構(gòu)，在保留碳微球良好吸附性的同時(shí)引入半導(dǎo)體納米顆粒的光催化還原性，吸附和光催化還原相互促進(jìn)。

2、本發(fā)明采用簡單常見的化學(xué)藥品為反應(yīng)原料，在制備過程中不產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物，對環(huán)境污染小，是一種環(huán)保型合成工藝。

3、本發(fā)明所得產(chǎn)品適用性強(qiáng)，可用于水溶液中的有機(jī)物、重金屬離子，特別是鈾(VI)等的吸附和光催化降解(還原)。

簡而言之，本發(fā)明工藝簡單，整個(gè)制備體系容易構(gòu)建，操作簡便，條件易控，成本低廉，目標(biāo)產(chǎn)物具有吸附性、光催化還原性、吸附-光催化還原協(xié)同效應(yīng)等良好性能，可用于染料廢水、重金屬離子廢水、鈾礦冶廢水等生態(tài)環(huán)境治理和海水提取鈾(VI)等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例制得的鉬酸鉛納米顆粒多點(diǎn)負(fù)載碳微球所形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料XRD圖；

圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例所得產(chǎn)物的TEM圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

(1)碳微球制備：分別稱取0.1g十六烷基三甲基溴化銨和3g葡萄糖，溶解于37.5ml蒸餾水中，磁力攪拌30分鐘后轉(zhuǎn)移入50ml水熱反應(yīng)釜中，將水熱反應(yīng)釜置于烘箱內(nèi)，在160℃下保溫20小時(shí)，冷卻至室溫后用蒸餾水、無水乙醇和丙酮交替洗滌6次，烘干后留存供后續(xù)使用。

(2)取60mg碳微球分散于20mL0.1M的醋酸鉛溶液中，磁力攪拌20小時(shí)，離心過濾固體物質(zhì)，分別用無水乙醇和去離子水各洗滌一次，將洗滌后物質(zhì)分散于10mL0.1M的鉬酸鈉溶液中，磁力攪拌10分鐘后得粗產(chǎn)品，將粗產(chǎn)品分離、洗滌和干燥，即得目標(biāo)產(chǎn)物碳微球基鉬酸鉛納米顆粒多點(diǎn)負(fù)載異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例制得碳微球基鉬酸鉛納米顆粒多點(diǎn)負(fù)載異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的XRD圖，所得峰為鉬酸鉛晶體的衍射峰。圖2所示為本實(shí)施例產(chǎn)物的透射電子顯微鏡(TEM)照片，照片顯示所得產(chǎn)物為球形異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

實(shí)施例2：

(1)碳微球制備：分別稱取0.1g十六烷基三甲基溴化銨和3g葡萄糖，溶解于37.5ml蒸餾水中，磁力攪拌30分鐘后轉(zhuǎn)移入50ml水熱反應(yīng)釜中，將水熱反應(yīng)釜置于烘箱內(nèi)，在160℃下保溫20小時(shí)，冷卻至室溫后用蒸餾水、無水乙醇和丙酮交替洗滌6次，烘干后留存供后續(xù)使用。

(2)取60mg碳微球分散于20mL0.1M的醋酸鉛溶液中，磁力攪拌10小時(shí)，離心過濾固體物質(zhì)，分別用無水乙醇和去離子水各洗滌一次，無水乙醇和去離子水的用量分別不低于濾餅體積的20倍；將洗滌后物質(zhì)分散于10mL0.1M的鉬酸鈉溶液中，磁力攪拌10分鐘后得粗產(chǎn)品，將粗產(chǎn)品采用去離子水、無水乙醇、丙酮交替洗滌，去離子水、無水乙醇、丙酮的用量分別以所洗滌濾餅為標(biāo)志物，去離子水、無水乙醇、丙酮與洗滌濾餅的質(zhì)量比為20∶20∶20∶1，交替洗滌次數(shù)為3～6次；干燥，干燥溫度為60～80℃，干燥時(shí)間為4～8h，即得目標(biāo)產(chǎn)物碳微球基鉬酸鉛納米顆粒多點(diǎn)負(fù)載異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

本發(fā)明工藝簡單，整個(gè)制備體系容易構(gòu)建，操作簡便，條件易控，成本低廉，目標(biāo)產(chǎn)物具有吸附性、光催化還原性、吸附-光催化還原協(xié)同效應(yīng)等良好性能，可用于染料廢水、重金屬離子廢水、鈾礦冶廢水等生態(tài)環(huán)境治理和海水提取鈾等領(lǐng)域。

本文雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對本文的實(shí)施例進(jìn)行改變。上述實(shí)施例只是示例性的，不應(yīng)以本文的實(shí)施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。