本發(fā)明屬于含鈾放射性廢水的處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為一種處理含鈾放射性廢水的復(fù)合吸附劑、制備方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：核工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量放射性廢水，其中含有的核素鈾具有極強(qiáng)的放射性和化學(xué)毒性，必須經(jīng)過(guò)有效凈化處理方能進(jìn)行排放，否則將嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境和人體健康。從節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)角度來(lái)說(shuō)，應(yīng)用頗為廣泛的吸附法處理工藝具有操作簡(jiǎn)便、成本低廉、無(wú)二次污染以及凈化過(guò)程快速高效等優(yōu)勢(shì)。因此，穩(wěn)定性好、性能優(yōu)良以及成本低廉的吸附材料的制備和研究一直是放射性廢水處理領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一，在合成新型吸附材料的基礎(chǔ)上，提升該材料的吸附性能則具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。氧化石墨烯是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型碳材料，可以快速高效地對(duì)核素污染物進(jìn)行凈化處理，使放射性污染在極短的時(shí)間內(nèi)降至最低，從而避免核污染的擴(kuò)散和危害。然而，在水中分散性極好，造成處理后固液相分離困難。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的之一是提供一種處理含鈾放射性廢水的復(fù)合吸附劑。本發(fā)明的目的之二是提供所述復(fù)合吸附劑的制備方法。本發(fā)明的目的之三是提供所述復(fù)合吸附劑在處理含鈾放射性廢水中對(duì)核素鈾吸附去除中的應(yīng)用。本發(fā)明以石墨、高錳酸鉀和濃硫酸為合成原料，采用超聲法制備出一種對(duì)放射性廢水中的核素鈾進(jìn)行處理的復(fù)合吸附劑，將其應(yīng)用于放射性廢水中核素鈾的吸附去除。本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種處理含鈾放射性廢水的復(fù)合吸附劑，所述吸附劑由氧化石墨烯和錳氧化物組成。作為本發(fā)明一種處理含鈾放射性廢水的復(fù)合吸附劑的一個(gè)具體實(shí)施例，所述吸附劑由包括氧化石墨烯、KMnO4以及濃HCl的原料在50～60℃下超聲制備得到。本發(fā)明還提供一種處理含鈾放射性廢水的復(fù)合吸附劑的制備方法，包括：將氧化石墨烯與去離子水混合超聲制得氧化石墨烯懸浮液，向懸浮液中加入KMnO4以及濃HCl，并在50～60℃超聲25～35min，依次經(jīng)離心、洗滌、真空干燥后得到本發(fā)明復(fù)合吸附劑。作為本發(fā)明一種處理含鈾放射性廢水的復(fù)合吸附劑制備方法的一個(gè)具體實(shí)施例，所述氧化石墨烯、KMnO4以及濃HCl的加入比例為(0.4～0.8)g：(0.5～1.5)g：(1～4)ml；所述洗滌采用去離子水和乙醇洗滌；所述真空干燥溫度為55～65℃。作為本發(fā)明一種處理含鈾放射性廢水的復(fù)合吸附劑制備方法的一個(gè)具體實(shí)施例，所述氧化石墨烯的制備方法為：將石墨、NaNO3和H2SO4混合后至于冰浴中，緩慢加入KMnO4，并控制反應(yīng)液溫度低于20℃；除去冰浴將溫度升高至30～40℃并保持25～35min，依次加入水和H2O2溶液反應(yīng)后得到黃褐色產(chǎn)物，離心、洗滌、真空干燥后即得氧化石墨烯。作為本發(fā)明一種處理含鈾放射性廢水的復(fù)合吸附劑制備方法的一個(gè)具體實(shí)施例，所述石墨、NaNO3、KMnO4的質(zhì)量比為2～6：1～3：10～14；所述石墨的質(zhì)量與H2SO4的體積比為(2～6g):(88～96)ml；所述H2SO4、水、H2O2溶液的體積比為(88～96):(180～190):(330～350)；所述洗滌采用HCl和去離子水洗滌；所述真空干燥溫度為35～45℃。作為本發(fā)明一種處理含鈾放射性廢水的復(fù)合吸附劑制備方法的一個(gè)具體實(shí)施例，包括以下步驟：(1)氧化石墨烯的制備：將石墨、NaNO3和H2SO4混合在燒杯中置于冰浴中，攪拌下緩慢加入KMnO4，控制加入的速度避免反應(yīng)液溫度超過(guò)20℃，除去冰浴將溶液溫度升至30～40℃保持25～35min，緩慢加入水再攪拌25～35min，加入H2O2反應(yīng)后得到黃褐色產(chǎn)物，離心、洗滌、下真空干燥后即得氧化石墨烯；(2)氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑的制備：將上述制備的氧化石墨烯與去離子水混合置于超聲浴中得到氧化石墨烯懸浮液，向懸浮液中加入KMnO4和濃HCl，50～60℃下超聲25～35min，離心、洗滌、真空干燥后即得本發(fā)明復(fù)合吸附劑。作為本發(fā)明一種處理含鈾放射性廢水的復(fù)合吸附劑制備方法的一個(gè)具體實(shí)施例，包括以下步驟：(1)氧化石墨烯的制備：取4g石墨、2gNaNO3和92mLH2SO4混合在燒杯中置于冰浴中，攪拌下緩慢加入12gKMnO4，控制加入的速度避免反應(yīng)液溫度超過(guò)20℃，除去冰浴將溶液溫度升至35℃保持30min，緩慢加入184mL水再攪拌30min，加入340mLH2O2溶液(0.05wt％)反應(yīng)結(jié)束后得到黃褐色產(chǎn)物，離心，使用10％HCl和去離子水多次洗滌，40℃下真空干燥；(2)氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑的制備：將上述制備的0.6g氧化石墨烯與40ml去離子水混合置于超聲浴中2h得到氧化石墨烯懸浮液，向懸浮液中加入0.9gKMnO4和2ml濃HCl，50～60℃下超聲30min，離心，用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次，收集黑色粉末產(chǎn)物，60℃下真空干燥。本發(fā)明還提供所述復(fù)合吸附劑的應(yīng)用，所述復(fù)合吸附劑在處理含鈾放射性廢水中去除核素鈾的應(yīng)用。作為本發(fā)明一種處理含鈾放射性廢水復(fù)合吸附劑應(yīng)用的一個(gè)具體實(shí)施例，調(diào)節(jié)含鈾放射性廢水的pH，加入復(fù)合吸附劑，振蕩對(duì)核素鈾進(jìn)行吸附。作為本發(fā)明一種處理含鈾放射性廢水復(fù)合吸附劑應(yīng)用的一個(gè)具體實(shí)施例，對(duì)于初始濃度為10mg/L的含鈾廢水，當(dāng)pH為4、投加量為0.5g/L時(shí)，5min內(nèi)復(fù)合吸附劑對(duì)鈾的去除率即可達(dá)到97.78％，當(dāng)振蕩吸附時(shí)間為20～30min時(shí)，核素鈾的去除率高達(dá)99％。本發(fā)明中氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑的合成過(guò)程為：KMnO4和濃HCl在超聲波的作用下，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成錳氧化物，再與氧化石墨烯發(fā)生鍵合反應(yīng)，即為最后得到的氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑。本發(fā)明吸附劑的具體吸附過(guò)程為：取初始濃度為10mg/L的含核素鈾放射性廢水，用HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至所需值，加入本發(fā)明所制備的復(fù)合吸附劑，置于搖床中進(jìn)行振蕩吸附并過(guò)濾，濾液中的核素鈾濃度采用微量鈾分析儀進(jìn)行測(cè)定。分別研究pH、復(fù)合吸附劑加入量以及吸附時(shí)間對(duì)核素鈾吸附效果的影響。本發(fā)明中制備復(fù)合吸附劑采用的是超聲合成法，該法具有合成時(shí)間短、能耗低、綠色環(huán)保、簡(jiǎn)單易行且所需合成原料少等優(yōu)點(diǎn)。制得的吸附劑對(duì)含鈾低放廢水具有優(yōu)異的吸附效果，在最佳吸附條件下短時(shí)間內(nèi)即可獲得高達(dá)99％的鈾去除率。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑所采用超聲合成法制備，具有成本低廉、環(huán)境友好、合成原料少以及操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明復(fù)合吸附劑對(duì)低放射性廢水中的核素鈾具有優(yōu)異的吸附性能，處理后的固液分離過(guò)程較為簡(jiǎn)便，對(duì)于初始濃度為10mg/L的含鈾廢水，當(dāng)pH為4、投加量為0.5g/L時(shí)，5min內(nèi)復(fù)合吸附劑對(duì)鈾的去除率即可達(dá)到97.78％，當(dāng)振蕩吸附時(shí)間為20～30min時(shí)，核素鈾的去除率高達(dá)99％。本發(fā)明不僅提供了一種更為環(huán)保和簡(jiǎn)易可行的復(fù)合吸附劑的制備方法，而且為有效快速地去除核工業(yè)廢水中的核素鈾提供較好的技術(shù)途徑和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為能源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略奠定基礎(chǔ)，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實(shí)施例1本實(shí)施例氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑的制備方法如下：(1)氧化石墨烯的制備：取4g石墨、2gNaNO3和92mLH2SO4混合在燒杯中置于冰浴中，攪拌下緩慢加入12gKMnO4，控制加入的速度避免反應(yīng)液溫度超過(guò)20℃，除去冰浴將溶液溫度升至35℃保持30min，緩慢加入184mL水再攪拌30min，加入340mLH2O2溶液(0.05wt％)反應(yīng)結(jié)束后得到黃褐色產(chǎn)物，離心，使用10％HCl和去離子水多次洗滌，40℃下真空干燥；(2)氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑的制備：將上述制備的0.6g氧化石墨烯與40ml去離子水混合置于超聲浴中2h得到氧化石墨烯懸浮液，向懸浮液中加入0.9gKMnO4和2ml濃HCl，55℃下超聲30min，離心，用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次，收集黑色粉末產(chǎn)物，60℃下真空干燥即得本實(shí)施例復(fù)合吸附劑。實(shí)施例2本實(shí)施例氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑的制備方法如下：(1)氧化石墨烯的制備：取5g石墨、3gNaNO3和94mLH2SO4混合在燒杯中置于冰浴中，攪拌下緩慢加入10gKMnO4，控制加入的速度避免反應(yīng)液溫度超過(guò)20℃，除去冰浴將溶液溫度升至40℃保持25min，緩慢加入185mL水再攪拌25min，加入335mLH2O2溶液(0.05wt％)反應(yīng)結(jié)束后得到黃褐色產(chǎn)物，離心，使用10％HCl和去離子水多次洗滌，40℃下真空干燥；(2)氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑的制備：將上述制備的0.5g氧化石墨烯與40ml去離子水混合置于超聲浴中2h得到氧化石墨烯懸浮液，向懸浮液中加入1.0gKMnO4和3ml濃HCl，60℃下超聲25min，離心，用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次，收集黑色粉末產(chǎn)物，60℃下真空干燥即得本實(shí)施例復(fù)合吸附劑。實(shí)施例3本實(shí)施例氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑的制備方法如下：(1)氧化石墨烯的制備：取6g石墨、1gNaNO3和96mLH2SO4混合在燒杯中置于冰浴中，攪拌下緩慢加入11gKMnO4，控制加入的速度避免反應(yīng)液溫度超過(guò)20℃，除去冰浴將溶液溫度升至40℃保持30min，緩慢加入184mL水再攪拌25min，加入345mLH2O2溶液(0.05wt％)反應(yīng)結(jié)束后得到黃褐色產(chǎn)物，離心，使用10％HCl和去離子水多次洗滌，45℃下真空干燥；(2)氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑的制備：將上述制備的0.7g氧化石墨烯與40ml去離子水混合置于超聲浴中2h得到氧化石墨烯懸浮液，向懸浮液中加入1.2gKMnO4和3ml濃HCl，60℃下超聲25min，離心，用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次，收集黑色粉末產(chǎn)物，60℃下真空干燥即得本實(shí)施例復(fù)合吸附劑。實(shí)施例4本實(shí)施例氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑的制備方法如下：(1)氧化石墨烯的制備：取6g石墨、3gNaNO3和96mLH2SO4混合在燒杯中置于冰浴中，攪拌下緩慢加入14gKMnO4，控制加入的速度避免反應(yīng)液溫度超過(guò)20℃，除去冰浴將溶液溫度升至35℃保持30min，緩慢加入190mL水再攪拌30min，加入340mLH2O2溶液(0.05wt％)反應(yīng)結(jié)束后得到黃褐色產(chǎn)物，離心，使用10％HCl和去離子水多次洗滌，35℃下真空干燥；(2)氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑的制備：將上述制備的0.7g氧化石墨烯與40ml去離子水混合置于超聲浴中2h得到氧化石墨烯懸浮液，向懸浮液中加入1.5gKMnO4和3ml濃HCl，60℃下超聲30min，離心，用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次，收集黑色粉末產(chǎn)物，65℃下真空干燥即得本實(shí)施例復(fù)合吸附劑。本發(fā)明氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑在去除核素鈾中的應(yīng)用實(shí)例。取初始活度為10mg/L的含核素鈾放射廢水，用HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，加入實(shí)施例1制備的復(fù)合吸附劑，置于搖床中進(jìn)行振蕩吸附并過(guò)濾，濾液中的鈾濃度采用微量鈾分析儀進(jìn)行測(cè)定。分別研究pH、復(fù)合吸附劑加入量以及吸附時(shí)間對(duì)核素鈾吸附效果的影響。不同pH下對(duì)核素鈾的去除效果如表1所示(表1的結(jié)果為只改變pH、復(fù)合吸附劑的加入量以及吸附時(shí)間都是相同的)。表1不同溶液pH下對(duì)核素鈾的去除效果對(duì)比pH23456去鈾率(％)50.3086.5099.5988.5085.30由上表1可知，當(dāng)放射性廢水pH為4時(shí)，本發(fā)明氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑對(duì)核素鈾的去除率可以達(dá)到99.59％，而其它pH下復(fù)合吸附劑對(duì)核素鈾的去除率只有80％多，說(shuō)明復(fù)合吸附劑受pH影響較大，且在pH為4的情況下能達(dá)到對(duì)核素鈾的最達(dá)吸附。將放射性廢水的pH調(diào)整為4，研究本發(fā)明氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑的加入量對(duì)核素鈾的去除效果，其結(jié)果如下表2所示(表2的結(jié)果為只改變復(fù)合吸附劑的加入量、pH以及吸附時(shí)間都是相同的)。表2不同復(fù)合吸附劑加入量對(duì)鈾的去除效果對(duì)比吸附劑投加量(g/L)0.050.250.500.751.001.25去鈾率(％)75.0094.8099.5999.6699.7199.79由上表2可知，當(dāng)復(fù)合吸附劑的加入為0.5g/L時(shí)，本發(fā)明氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑對(duì)核素鈾的去除率可以達(dá)到99.59％，且當(dāng)復(fù)合吸附劑的加入量小于0.5g/L時(shí)，隨著吸附劑加入量的提高，核素鈾的去除率增加比較明顯，但加入量大于0.5g/L時(shí)，雖然隨著吸附劑加入量的增加去除率會(huì)遞增，但其遞增的速率減慢。投入的復(fù)合吸附劑量越多，核素鈾去除成本也就越高，為了兼顧成本與去除效率，將復(fù)合吸附劑的投加量設(shè)定為0.5g/L。將放射性廢水的pH設(shè)定為4，復(fù)合吸附劑的投加量設(shè)定為0.5g/L，吸附時(shí)間對(duì)核素鈾的去除效果，其結(jié)果如下表3所示。表3不同吸附時(shí)間對(duì)核素鈾的去除效果比較吸附時(shí)間(min)5152030456090120去鈾率(％)97.7898.0799.1799.5999.0499.2099.6099.40由上表3可知，當(dāng)吸附時(shí)間為5min時(shí)，本發(fā)明氧化石墨烯-錳氧化物復(fù)合吸附劑對(duì)核素鈾的去除率可以達(dá)到97.78％，當(dāng)吸附時(shí)間為20～30min時(shí)，去鈾率高達(dá)99％以上。且當(dāng)吸附時(shí)間小于30min時(shí)，隨著吸附時(shí)間的增長(zhǎng)，核素鈾的去除率增加比較明顯，但吸附時(shí)間大于30min時(shí)，核素鈾的去除率保持在一個(gè)平穩(wěn)的水平，并沒(méi)有突出的提高效果。吸附時(shí)間越長(zhǎng)，核素鈾去除成本也就越高，為了兼顧成本與去除效率，將復(fù)合吸附劑的吸附時(shí)間設(shè)定為20～30min。綜上所述，對(duì)于初始濃度為10mg/L的含鈾溶液，當(dāng)pH為4、投加量為0.5g/L時(shí)，5min內(nèi)本發(fā)明復(fù)合吸附劑對(duì)鈾的去除率即可達(dá)到97.78％，當(dāng)吸附振蕩時(shí)間為20～30min時(shí)，去鈾率高達(dá)99％以上。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3