CN105139910A - 多孔有序二氧化硅泡沫材料在处理废水中放射性核素铀中的应用 - Google Patents

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颜学武
高馨梅
胡霖
陈冬
李威
姚宇健
刘继明
汪炤
刘颖
杨毅
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Abstract

本发明公开了一种多孔有序二氧化硅泡沫材料在处理废水中放射性核素铀的应用，所述的多孔有序二氧化硅泡沫材料在废水中的添加量不小于0.02mg/ml，废水的pH值为2～8。本发明的多孔有序二氧化硅泡沫材料对废水中放射性核素铀的去除效果好，去除率可达99％，表面多孔有序二氧化硅泡沫材料对废水中铀离子具有良好的去除能力，能够降低放射性废水对环境的危害。

Description

多孔有序二氧化硅泡沫材料在处理废水中放射性核素铀中的应用
技术领域
本发明属于放射性核素治理的领域，特别涉及一种多孔有序二氧化硅泡沫材料(MacroporousOrderedSiliceousFoams简写为MOSF)处理废水中放射性核素铀的应用。
背景技术
随着科技的不断进步，人类对于能源的开发和利用也在不断的进步中。核能是近代新开发利用的能源，核能作为较清洁的能源，有着效能高的优点。核电站是人类使用核能将其转变成人类可利用的电能的最常用且使用最广泛的方式，但是随之带来的放射性污染的问题同样困扰着人类。同样地，在铀矿等含有放射性核素矿山开采以及冶炼的过程中产生的放射性废物，不仅给人类赖以生存的环境带来污染，在生产过程中排放的放射性核素也是一种资源的浪费。目前，处理放射性废水的主要机理是将中低水平的放射性废水中的放射性物质富集成为高放射性水平的废水，其余废水达到排放标准而进行下一步的处理或者排放。吸附法处理放射性废水不会给水体带来二次污染物质，吸附剂与放射性核素形成的沉淀物质可以较容易的与水体分离。且通过脱附过程，可以将废液中的放射性核素重新资源化利用。
吸附法去除废水中放射性核素中吸附剂的选择极其重要。如文献1(ShaoD,HouG,LiJ,etal.ChemicalEngineeringJournal,2014,255(7):604–612.)使用石墨烯吸附水体中铀酰离子，该方法对水体中放射性核素铀离子的去除有一定的效果，但是受到石墨烯表面带有的官能团限制，吸附量较低；文献2(NilchiA,BabalouAA,RafieeR,etal.Reactive&FunctionalPolymers,2008,68(12):1665–1670.)使用树脂吸附水中铀酰离子，虽然树脂经表面改性后带有的官能团对铀酰离子具有选择性吸附，但是效果仍不太理想，且吸附
速率较慢，其主要原因是材料本身的结构不利于吸附。
文献3(WangH,ZhouX,YuM,etal.J.am.chem.soc,128(50):15992-15993.)报道了一种多孔有序二氧化硅泡沫材料MOSF，该材料具有大尺寸的孔道结构，因此多用于药物转运领域。材料MOSF孔容较大，且表面带有硅羟基，空间结构稳定，故可作为吸附剂应用于吸附领域。
发明内容
为解决放射性废水污染问题，本发明提出以一种多孔有序二氧化硅泡沫材料为吸附剂吸附废水中放射性核素铀。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种多孔有序二氧化硅泡沫材料在处理废水中放射性核素铀的应用。
其中，所述的多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)采用溶胶-凝胶法合成。
所述的多孔有序二氧化硅泡沫材料在废水中的添加量为0.02mg/ml，废水的pH值为2～8。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)以多孔有序二氧化硅泡沫材料作为放射性核素铀的吸附剂，充分利用材料的大比表面积及孔容；
(2)本发明的多孔有序二氧化硅泡沫材料对废水中放射性核素铀的去除效果好，去除率可达99％，体现出多孔有序二氧化硅泡沫材料对废水中铀离子良好的去除能力，降低了放射性废水对环境的危害；
(3)本发明的多孔有序二氧化硅泡沫材料应用完毕后可直接从水中过滤分离，不会产生二次污染；
(4)本发明的多孔有序二氧化硅泡沫材料吸附放射性核素后可进行脱附，并反复使用，对于资源化再利用具有重要意义。
附图说明
图1是初始pH的不同对多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除废水中放射性核素铀效果影响曲线图。
图2是时间对多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除废水中放射性核素铀效果影响曲线图。
图3是初始浓度对多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除废水中放射性核素铀效果影响曲线图。
图4是多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)经洗脱后吸附量柱状图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，并不构成对本发明的任何限制。
实施例1
讨论初始pH的不同对多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除废水中放射性核素铀效果的影响：
配制8份100mL铀浓度为100mg/L的模拟废水，研究不同初始pH的影响，用HNO3、NaOH溶液调节初始铅溶液pH为2、3、4、5、6、7、8，分别加入多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)0.020g，置于180r/min恒温振荡箱中振荡2小时，温度控制在25℃。反应结束后取样过滤，测定放射性核素铀的含量，计算去除效果。由计算结果得知，pH为6时去除率最高。pH过低不利于铀的去除，如图1。pH小于5时，溶液中铀离子以铀酰状态存在；pH大于5时，溶液中的铀离子出现络合现象，因此选择最佳pH为4。
实施例2
讨论时间对多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除废水中放射性核素铀效果的影响：
配制6份100mL铀浓度为100mg/L的模拟废水，研究时间的影响，将各溶液用HNO3、NaOH溶液调制实施例1中的最佳pH，分别加入多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)0.020g，温度控制在25℃，置于180r/min恒温振荡箱中，按反应时间10、20、30、40、60、70、80、100min取样过滤，测定铀离子的含量，计算吸附量。由计算结果可知，在一定时间内随着时间的增加，材料对放射性核素铀的吸附量逐渐增加，当时间≥40min吸附量基本保持不变。说明多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除废水中放射性核素铀在较短时间内即可达到较好去除效果，如图2。实施例3
讨论初始浓度对多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除废水中放射性核素铀效果影响：
配制6份100mL铀浓度分别为50、75、100、150、200、250、300mg/L的模拟废水，研究铀离子浓度的影响，将各溶液用HNO3、NaOH溶液调制实施例1中的最佳pH，分别加入多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)0.020g，温度控制在25℃，置于180r/min恒温振荡箱中反应100min取样过滤，测定铀离子的含量，计算吸附量。由计算结果可知，随着溶液中铀离子浓度增加，材料对放射性核素铀的吸附量逐渐增加，说明多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除高浓度的含铀废水有较好去除效果，如图3。
实施例4
讨论多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)脱附可再生性：
将吸附铀离子后的材料过滤，使用100mL浓度为2mol/LHNO3溶液对材料进行脱附，脱附后的材料再次进行吸附，条件与实例2中相同。反复进行三次脱附，研究多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)的可再生性。由计算结果可知，经硝酸洗脱后的材料对铀离子仍有吸附效果，说明多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)作为吸附剂具有可再生性，如图4。

Claims (4)

1.一种多孔有序二氧化硅泡沫材料在处理废水中放射性核素铀的应用。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的多孔有序二氧化硅泡沫材料采用溶胶-凝胶法合成。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的多孔有序二氧化硅泡沫材料在废水中的添加量不小于0.02mg/ml。
4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，废水的pH值为2～8。
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