CN102863045A

CN102863045A - 采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水的方法

Info

Publication number: CN102863045A
Application number: CN2012103830908A
Authority: CN
Inventors: 陈树森; 王凤菊
Original assignee: Beijing Research Institute of Chemical Engineering and Metallurgy of CNNC
Current assignee: Beijing Research Institute of Chemical Engineering and Metallurgy of CNNC
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2013-01-09

Abstract

本发明提供一种采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水的方法，其针对铀矿冶金工艺中含铀废水处理工艺复杂、操作费用和原材料成本相对较高等问题，采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水。所述的改性壳聚糖吸附剂为三乙烯四胺改性壳聚糖基吸附剂、乙二胺改性壳聚糖基吸附剂、二乙烯三胺改性壳聚糖基吸附剂或四乙烯五胺改性壳聚糖基吸附剂中的一种或多种。研究表明改性壳聚糖吸附剂对铀的吸附效果比较好，对低浓度含铀废水中铀的去除率高，去除率＞95%。

Description

采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水的方法

技术领域

本发明涉及酸性含铀废水中吸附铀的技术，具体涉及一种采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水的方法。

背景技术

生物吸附重金属是一个新兴的研究领域，在近十几年中对生物吸附重金属的研究取得了较大进展，大量研究表明一些微生物如细菌、真菌、藻类以及生物高分子等对金属离子都有很强的吸附能力。生物吸附（biosorption）是指经过一系列生物化学作用使重金属离子被生物材料吸附，这些作用包括络合、螯合、离子交换、转化、吸收和无机微沉淀等。生物吸附法作为回收重金属或处理重金属污染的一项新技术与其它同类技术（如化学沉淀、活性炭吸附、离子交换、电渗析等）相比具有以下优点：（1）生物吸附材料来源广泛，品种丰富，成本低；（2）吸附速度快、吸附量大、选择性好；（3）处理效率高，pH值和温度范围宽；（4）投资小，运行费用低，可有效地选择回收一些贵重金属；（5）用一般的化学方法就可以解吸生物材料上吸附的金属离子，且解吸后的生物材料可再次吸附。由于生物吸附法具有以上显著的优点，因而在含铀水溶液的分离提纯和废水处理领域受到了人们的日益重视和青睐[Das N.Hydrometallurgy，2010，103(1-4)：180-189]。生物吸附技术在分离提纯铀及处理低含量放射性废水方面有着广阔的前景，深入进行这方面的研究，具有较好的经济价值和社会效益。

通过生物高分子材料改性来模拟生物吸附过程能有效地对单一金属进行分离，已经受到科学家们的普遍关注。生物高分子材料有纤维素、木质素、甲壳质、壳聚糖、蛋白质和核酸等，这些材料来源广泛，成本低是金属生物吸附分离令人关注的重要方面。这些生物高分子材料可以进行化学修饰，引入对金属识别的活性基团，从而达到吸附单一金属离子的目的。化学修饰具有灵活可控的特点，也是生物高分子材料令人青睐的独特之处。

壳聚糖(chitosan)是甲壳素脱乙酰基产物，其分子中含有氨基、羟基，能与重金属离子形成稳定的络合物，因而在重金属冶金和废水处理中研究较多。壳聚糖及其衍生物具有成本低、可生物降解、有生物相容性、无毒、生物亲和性好、易于化学改性等优点，因而被广泛应用于水处理、膜技术、医药、生物工程、纺织等领域，是很有前景的生物高分子[Muzzarelli R A A.Carbohydrate polymers,2011,84(1)：54-63]。壳聚糖本身也是金属离子的吸附剂，但由于壳聚糖是一种线形聚合物，在酸性条件下易软化流失，应用过程中受到限制，通常采用交联或化学修饰的途径来改善壳聚糖的物理性能。

发明内容

本发明针对铀矿冶金工艺中含铀废水处理工艺复杂、操作费用和原材料成本相对较高等问题，提供一种采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水的方法，以解决铀矿冶工艺中废水处理过程中存在的问题。

实现本发明目的的技术方案：一种采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水的方法，其采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水；所述的改性壳聚糖吸附剂为三乙烯四胺改性壳聚糖基吸附剂、乙二胺改性壳聚糖基吸附剂、二乙烯三胺改性壳聚糖基吸附剂或四乙烯五胺改性壳聚糖基吸附剂中的一种或多种。

如上所述的一种采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水的方法，其所述的酸性含铀废水，其pH为4~5，铀浓度在5~65mg/L。

如上所述的一种采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水的方法，其每处理1L酸性含铀废水，需要加入0.34~4.35g的三乙烯四胺改性壳聚糖基吸附剂、或者0.51~6.51g乙二胺改性壳聚糖基吸附剂、或者0.42~5.37g二乙烯三胺改性壳聚糖基吸附剂、或者0.36~4.65g四乙烯五胺改性壳聚糖基吸附剂。

如上所述的一种采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水的方法，其对吸附铀的改性壳聚糖吸附剂中铀的解吸采用2~4mol/L HCl作为解吸剂。

本发明的效果在于：本发明针对铀矿冶金工艺中含铀废水处理工艺复杂、操作费用和原材料成本相对较高等问题，采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水，研究表明改性壳聚糖吸附剂对铀的吸附效果比较好，对低浓度含铀废水中铀的去除率高，去除率＞95%。

附图说明

图1为实施例1中pH值对CATT铀吸附容量的影响图；

图2为采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水的铀吸附容量图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水作进一步描述。

本发明中，改性壳聚糖吸附剂的合成，可参考有关参考文献[Atia A A.Hydrometallurgy，2005，80(1-2)：13-22]，其对三乙烯四胺改性壳聚糖基吸附剂（CATT）进行制备。采用同样的方法制备了乙二胺改性壳聚糖基吸附剂（CAED）、二乙烯三胺改性壳聚糖基吸附剂（CADT）和四乙烯五胺改性壳聚糖基吸附剂（CATP）。

实施例1

选择浓度为63.0mg/L的含铀废水溶液50ml（若废水中存在有机质，先去除溶液中的有机质以免干扰吸附剂的吸附或浓度测试），调节pH为4～5，加入到盛有200mg CATT的锥形瓶中，摇床吸附72h，测定吸附前后溶液中铀的浓度。经过计算吸附剂CATT对铀的吸附容量为15.1mg/g(干)，溶液中铀的去除率为95.9%。

选择2mol/L HCl作为壳聚糖基吸附剂CATT铀的解吸剂。将吸附铀饱和的吸附剂CATT经2mol/L HCl进行解吸，解吸率为97%。

溶液pH值对CATT铀吸附性能的影响，如图1所示。吸附剂CATT在pH值3~6范围具有较高的吸附容量，且在pH为4时达到最高值180mg/g(干)。而在强酸性或碱性环境，吸附容量有所降低，这是因为当pH值过大时，铀以碳酸铀酰为主要形式存在，吸附剂中螯合基团与铀的作用不足以破坏碳酸铀酰的稳定性（碳酸铀酰的稳定常数为2×10¹⁸）；当pH值过低时，吸附剂中的胺基易被质子化，从而导致了吸附容量的降低。

实施例2

选择浓度为35.0mg/L的含铀废水溶液50ml（若废水中存在有机质，先去除溶液中的有机质以免干扰吸附剂的吸附或浓度测试），调节pH为4～5，加入到盛有200mg CATT的锥形瓶中，摇床吸附72h，测定吸附前后溶液中铀的浓度。经过计算吸附剂CATT对铀的吸附容量为8.6mg/g(干)，溶液中铀的去除率为98.3%。

实施例3

选择浓度为6.26mg/L的含铀废水溶液50ml（若废水中存在有机质，先去除溶液中的有机质以免干扰吸附剂的吸附或浓度测试），调节pH为4～5，加入到盛有200mg CATT的锥形瓶中，摇床吸附72h，测定吸附前后溶液中铀的浓度。经过计算吸附剂CATT对铀的吸附容量为1.5mg/g(干)，溶液中铀的去除率为95.8%。

实施例4

选择浓度为35.0mg/L的含铀废水溶液50ml（若废水中存在有机质，先去除溶液中的有机质以免干扰吸附剂的吸附或浓度测试），调节pH为4～5，加入到盛有200mg CAED的锥形瓶中，摇床吸附72h，测定吸附前后溶液中铀的浓度。经过计算吸附剂CAED对铀的吸附容量为8.4mg/g(干)，溶液中铀的去除率为95.9%。

实施例5

选择浓度为35.0mg/L的含铀废水溶液50ml（若废水中存在有机质，先去除溶液中的有机质以免干扰吸附剂的吸附或浓度测试），调节pH为4～5，加入到盛有200mg CADT的锥形瓶中，摇床吸附72h，测定吸附前后溶液中铀的浓度。经过计算吸附剂CADT对铀的吸附容量为8.4mg/g(干)，溶液中铀的去除率为96.3%。

实施例6

选择浓度为35.0mg/L的含铀废水溶液50ml（若废水中存在有机质，先去除溶液中的有机质以免干扰吸附剂的吸附或浓度测试），调节pH为4～5，加入到盛有200mg CATP的锥形瓶中，摇床吸附72h，测定吸附前后溶液中铀的浓度。经过计算吸附剂CATP对铀的吸附容量为8.5mg/g(干)，溶液中铀的去除率为97.4%。

CATT与其他改性壳聚糖吸附剂（CAED、CADT、CATP）铀吸附性能的对比如图2所示。从图2可以发现，CATT的吸附容量最大，说明取代胺基在一定链段长度范围内随着壳聚糖基吸附剂中氨基含量的提高，有利于对铀的螯合吸附；但超过此胺基链段长度范围，吸附容量反而下降，可能是因为随着胺分子中氨基数目的增加，聚合物的附加交联程度增大，一方面，降低了起吸附作用的自由氨基的数量，使有效配位基团数量减少；另一方面，束缚了配位基的取向，也阻碍了铀金属离子的迁移，使配体不易形成适合与铀金属离子螯合的空间位置，从而导致吸附剂吸附容量的降低。

Claims

1.一种采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水的方法，其特征在于：采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水；所述的改性壳聚糖吸附剂为三乙烯四胺改性壳聚糖基吸附剂、乙二胺改性壳聚糖基吸附剂、二乙烯三胺改性壳聚糖基吸附剂或四乙烯五胺改性壳聚糖基吸附剂中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的一种采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水的方法，其特征在于：所述的酸性含铀废水，其pH为4~5，铀浓度在5~65mg/L。

3.根据权利要求2所述的一种采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水的方法，其特征在于：每处理1L酸性含铀废水，需要加入0.34~4.35g的三乙烯四胺改性壳聚糖基吸附剂、或者0.51~6.51g乙二胺改性壳聚糖基吸附剂、或者0.42~5.37g二乙烯三胺改性壳聚糖基吸附剂、或者0.36~4.65g四乙烯五胺改性壳聚糖基吸附剂。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种采用改性壳聚糖吸附剂处理酸性含铀废水的方法，其特征在于：对吸附铀的改性壳聚糖吸附剂中铀的解吸采用2~4mol/L HCl作为解吸剂。