CN105107466A - 一种含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料对水中铀的回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水处理技术领域，特别是涉及一种含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料对水中铀的回收方法，该回收方法包括下述步骤，第一步，含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料的制备；第二步，铀的吸附；第三步，铀的回收。本方法可用于放射性废液中铀的去除、回收等领域。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，特别是涉及一种含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料对水中铀的回收方法。本方法可用于放射性废液中铀的去除、回收等领域。
背景技术
核工业等活动产生大量的含铀废液。这些废液在排入自然环境之前需要经过净化处理。另一方面，核电产业的发展需要大量的铀作为原料，但现有陆地铀的储量仅能满足约70年的需求，从废液中回收铀是一种潜在的解决方案。铀的净化/回收方法包括共沉淀、溶剂萃取、离子交换、膜分离、吸附等。其中，吸附法因成本低、效率高等优点，逐渐成为水中铀回收的重要方法。而采用含有铀特性吸附官能团的吸附材料，则由于其具有高选择性、高吸附容量等优点备受关注。
偕胺肟基作为一种对铀具有高亲合力的官能团，已经被嫁接到树脂、纤维、碳纳米管等有机基体上，并开展了对重金属离子的吸附行为研究。然而，有机基体的疏水性常导致吸附容量和吸附速率变慢。因此，将偕胺肟基/有机基体与无机材料混合制备的复合材料，则可增大其亲水性和机械强度，进而增加吸附速率和容量。目前，已有少数研究者对相关工作进行了研究，但制备方法和对铀的回收条件各不相同，导致对铀的吸附速率、吸附容量和吸附选择性等有很大差异。浙江工业大学得陈卫军等人制备了含偕胺肟基和蒙脱石的复合材料，但采用了的制备方法和吸附条件不同，对铀的吸附容量只有3.07mg/g，吸附时间长达60h，且未对选择性做出评估。基于偕胺肟基的高吸附容量及高选择性的特点，采用上述类似复合材料对铀的回收技术还具有较大的提升空间。
发明内容
本发明的目的是：提供一种铀回收方法，该回收方法采用一种新型的插层型蒙脱石材料，在优化的吸附/解吸条件控制下，对废水中的铀进行回收操作，具有吸附容量大、吸附速率快、吸附选择性高等优点。
本发明的技术方案：一种含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料对水中铀的回收方法，所述的回收方法包括下述步骤，
第一步，含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料的制备：在500mL烧杯中装入250mL纯水，置于可加热磁力电动搅拌器上加热并稳定在40±1℃；称取3.0g有机蒙脱石，在电动搅拌器的搅拌下缓慢加入到烧杯中，继续搅拌4.5-5.5h，使蒙脱石均匀分散到水中，形成悬浊液；将悬浊液转入装有温度计、电动搅拌器和回流装置的三口烧瓶中，加入30mL丙烯腈单体，持续搅拌2h；加热至混合物温度为70℃，之后逐滴加入10g/L的过硫酸铵溶液40mL，并持续搅拌聚合8h，至混合物变成乳白色悬浊液；抽滤，80℃烘24h，碾磨过100目筛，得到聚丙烯腈-插层型蒙脱石复合材料；取此材料5g，加入12g盐酸羟胺、60mL水溶液和50mL甲醇，调节pH到7.2，加热至70℃，搅拌4h，抽滤，80℃烘24h，碾磨过100目筛，得到含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料，备用；
第二步，铀的吸附：将步骤第一步中制备好的含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料置于含铀废水中，每升废水中加入1.0g上述材料，并用电动搅拌器搅拌悬浊液12h，使铀吸附到上述材料上，吸附结束后，进行固液分离，将上清液置入专门的次级废液桶，备用，上述吸附操作可持续4~5次，其中，含铀废水pH为3.5~4.0，总离子强度为0.1~1mol/L，温度为45±2℃；
第三步，铀的回收：将第二步制备好的固液进行固液分离，向分离后的固体中，每克固体加入200mL解吸液，搅拌解吸10h，取解吸液置入铀回收桶，蒸发浓缩后可得到碳酸铀酰，其中，所述的解析液为1.5mol/L碳酸钠或0.2~0.5mol/L的酒石酸。
根据权利要求1所述的一种含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料对水中铀的回收方法，其特征在于：所述的蒙脱石来自美国的Nanocor公司，其蒙脱石含量>98%。
本发明是一种新型的铀回收方法，借助偕胺肟基对铀的特性吸附性能，结合了蒙脱石的片层结构和亲水性能，制备了具有一定机械强度的偕胺肟基-蒙脱石复合材料。使用该材料，试验并优化了该材料对于铀的吸附条件和解吸条件，建立了水溶液中铀的去除/回收流程。采用该流程可定量回收水中的铀。
1、本发明属于环境及工程技术领域，重点在于使用该材料对铀的回收流程。
2、所述的技术主要用于含铀放射性废水或工业废水铀的回收。通过采用一种含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料，优化获得最佳的水化学条件、环境条件及操作条件，可达到定量、选择性回收水中铀的目的。
3、所述材料为一种有机/无机复合材料，其中的无机成分为蒙脱石，来自美国的Nanocor公司，其蒙脱石含量>98%；其中的有机成分为偕胺肟化的聚丙烯腈，由丙烯腈聚合并对腈基偕胺肟化后获得；其中的有机成分以插层形式插入到蒙脱石的片层之间，形成插层型复合材料。
4、所述的水化学条件包括废水的pH、背景电解质种类及浓度。废水的pH在3.5~4之间；废水的背景电解质浓度在0.1mol/L~1.0mol/L之间。若废水的背景电解质浓度较低，应加入NaNO3、NaCl、NaClO4溶液中的一种或多种，至废水中电解质总浓度达到0.1~1.0mol/L。
5、所述的环境条件包括环境温度及大气条件。温度应控制在45±1℃；若置于普通的室温条件（25℃），则吸附容量会降低。大气条件指正常的空气条件，其中二氧化碳含量不大于0.05%。
6、所述的操作条件包括单位废水吸附剂用量、吸附时间、解吸剂的种类及浓度、解吸时间。每L废水使用1.0g所述吸附材料；吸附时间12h；所用解吸剂为1.5mol/L碳酸钠或0.2mol/L酒石酸，解吸时间10h。
有益效果：本发明具有吸附容量大（0.65g铀/g吸附剂）、选择性高、抗离子竞争性强、回收效率高（>90%）、周期短（28h~48h）和材料可重复使用等优点，尤其适用于高含铀量、高离子强度等条件下放射性废水及工业废水中铀的回收或去除。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的吸附等温式。在优化流程下对铀的吸附容量可达650mg铀/g吸附剂；图2本发明的选择性效果图，对铀的吸附选择性远高于常见的金属离子；图3是本发明所述材料的循环使用性能图。
具体实施方式
实施例1、高浓含铀放射性废水中铀的去除/回收
（1）材料的制备：在500mL烧杯中装入250mL纯水，置于可加热磁力电动搅拌器上加热并稳定在40±1℃。精确称取3.0g有机蒙脱石，在电动搅拌器的搅拌下缓慢加入到烧杯中，继续搅拌4.5-5.5h，使蒙脱石均匀分散到水中，形成悬浊液。趁热将悬浊液转入装有温度计、电动搅拌器和回流装置的三口烧瓶中。加入30mL丙烯腈单体，持续搅拌2h。在电热套中加热至混合物温度为70℃，之后逐滴加入10g/L的过硫酸铵溶液40mL（引发剂），持续搅拌聚合8h，此时混合物变成乳白色悬浊液。抽滤，80℃烘24h，碾磨过100目筛，得到聚丙烯腈-插层型蒙脱石复合材料。取此材料5g，加入12g盐酸羟胺、60mL水溶液和50mL甲醇，调节pH到7.2，加热至70℃，搅拌4h，抽滤，80℃烘24h，碾磨过100目筛，得到所述材料。
（2）铀的吸附：用电导率仪测量并估算废液的总离子强度，通过加入NaNO3、NaCl、NaClO4等溶液的方法控制总离子强度在0.1~1mol/L之间（若总离子强度大于1mol/L，则无需此步骤）。调节废液的pH在3.5~4.0之间，温度为45±2℃。取一定量的含铀放射性废水到合适的容器中，以每升放射性废水中加入1.0g所述材料为宜。采用电动搅拌器搅拌悬浊液12h，使铀吸附到所述材料上。吸附结束后，进行固液分离，将上清液置入专门的次级废液桶。
（3）铀的回收：在固液分离后的固体中加入1.5mol/L碳酸钠（每g固体加入200mL解吸液），搅拌解吸10h，取解吸液置入铀回收桶，蒸发浓缩后可得较高纯度的碳酸铀酰。
实施例2、低浓含铀放射性废水中铀的去除/回收
（1）材料的制备：同实例1。
（2）铀的吸附：用电导率仪测量并估算废液的总离子强度，通过加入NaNO3、NaCl、NaClO4等溶液的方法控制总离子强度在0.1~1mol/L之间（若总离子强度大于1mol/L，则无需此步骤）。调节废液的pH在3.5~4.0之间，温度为45±2℃。取一定量的含铀放射性废水到合适的容器中，以每升放射性废水中加入1.0g所述材料为宜。采用电动搅拌器搅拌悬浊液12h，使铀吸附到所述材料上。吸附结束后，进行固液分离，将上清液置入专门的次级废液桶。取与吸附初始等量的未吸附废水于容器中，重复上述吸附操作。此吸附操作可持续4~5次。吸附结束后，进行固液分离，将上清液置入专门的次级废液桶。
（3）铀的回收：在吸附有铀的吸附剂中加入0.2~0.5mol/L的酒石酸，搅拌解吸10h，离心分离，取上清液置入铀回收桶，蒸发浓缩后可得较高纯度的铀。
Claims (2)
1.一种含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料对水中铀的回收方法，其特征在于：所述的回收方法包括下述步骤，
第一步，含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料的制备：在500mL烧杯中装入250mL纯水，置于可加热磁力电动搅拌器上加热并稳定在40±1℃；称取3.0g有机蒙脱石，在电动搅拌器的搅拌下缓慢加入到烧杯中，继续搅拌4.5-5.5h，使蒙脱石均匀分散到水中，形成悬浊液；将悬浊液转入装有温度计、电动搅拌器和回流装置的三口烧瓶中，加入30mL丙烯腈单体，持续搅拌2h；加热至混合物温度为70℃，之后逐滴加入10g/L的过硫酸铵溶液40mL，并持续搅拌聚合8h，至混合物变成乳白色悬浊液；抽滤，80℃烘24h，碾磨过100目筛，得到聚丙烯腈-插层型蒙脱石复合材料；取此材料5g，加入12g盐酸羟胺、60mL水溶液和50mL甲醇，调节pH到7.2，加热至70℃，搅拌4h，抽滤，80℃烘24h，碾磨过100目筛，得到含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料，备用；
第二步，铀的吸附：将步骤第一步中制备好的含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料置于含铀废水中，每升废水中加入1.0g上述材料，并用电动搅拌器搅拌悬浊液12h，使铀吸附到上述材料上，吸附结束后，进行固液分离，将上清液置入专门的次级废液桶，备用，上述吸附操作可持续4~5次，其中，含铀废水pH为3.5~4.0，总离子强度为0.1~1mol/L，温度为45±2℃；
第三步，铀的回收：将第二步制备好的固液进行固液分离，向分离后的固体中，每克固体加入200mL解吸液，搅拌解吸10h，取解吸液置入铀回收桶，蒸发浓缩后可得到碳酸铀酰，其中，所述的解析液为1.5mol/L碳酸钠或0.2~0.5mol/L的酒石酸。
2.根据权利要求1所述的一种含偕胺肟基的插层型蒙脱石材料对水中铀的回收方法，其特征在于：所述的蒙脱石来自美国的Nanocor公司，其蒙脱石含量>98%。
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