CN109926032A - 一种基于羟基磷灰石的铀吸附剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于羟基磷灰石的铀吸附剂及其制备方法，该铀吸附剂由以下原料组成：二水合氯化钙、聚天门冬氨酸、磷酸氢二铵。本发明以生物大分子天门冬氨酸为模板仿生合成羟基磷灰石，模拟生物矿化过程，具有十分良好的生物相容性，不会产生二次污染。本发明提出的铀吸附剂为分级中空微球且表面附有纳米棒，因而具有高比表面积，从而有更多的吸附位点可以和铀酰离子结合，可以快速有效的处理含铀废水。本发明制备铀吸附剂的工艺简单、操作快捷，对设备和工艺条件无苛刻要求，容易操作，重复性好，适合大批量生产和工程应用。

Description

一种基于羟基磷灰石的铀吸附剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及含铀废水处理领域，具体涉及一种基于羟基磷灰石的铀吸附剂及其制备方法。

背景技术

为了满足全球能源需求的增长，近年来核能因环境友好和高效率而迅速发展，其中铀在核能的使用中是必不可少的原料。伴随我国核电及其他核工程的迅猛发展，在核工业各个领域，如铀矿的开采、水冶铀的精制提纯及加工、核燃料制造、核电站运行、医院放射科室、反应堆燃料后处理，以及尾矿贮存等，都会产生大量的放射性含铀废水，且其种类和数量越来越多。铀作为放射性重金属元素，其放射性和化学毒性不容忽视。当铀通过水体进入人体内后，会发生内照射，其衰变放出的α粒子就会破坏肌体内部细胞组织、破坏肾脏、肺等重要器官的功能。随着核技术的发展，铀资源的开采、铀冶炼以及核废物处置都会产生大量的含铀放射性废物如含铀废水，为了减少它们对环境所造成的影响，在对这些废物填埋或排放前需要进行一些处理，如不妥善处理将会导致土壤和水体污染，破坏生态环境，严重危害人类健康。

国内外目前采用了化学法、生物法、矿物法、物理法来处理含放射性废水，这些方法具有各自的优点，但也存在不同程度的不足。鉴于经济、安全和高效等方面的考虑，目前趋向于采用吸附法。而吸附法的关键是吸附材料的选择与制备。例如：中国专利文献CN103920448B提供了一种二氧化锰铀吸附剂的制备方法及应用方法。中国专利文献CN1058798358B提供了一种以油页岩半焦为原料制备铀吸附材料的方法。中国专利文献CN104941591B提供了一种改性植物叶片为吸附剂去除低浓度铀的方法。

羟基磷灰石具有良好的重金属吸附性，适合于处理水体和土壤中的重金属离子。羟基磷灰石具有良好的生物性能，是一种优异的骨修复替代材料，成为生物医药重点研究对象。但由于其特有的多孔型结构、大比表面积、较强的吸附能力，同时与环境具有良好的协调性，不造成二次污染，已经成为一种新型的环境功能材料。羟基磷灰石具有良好的重金属吸附性能，已经广泛应用于处理废水和土壤中的重金属离子。

因此，对含铀放射性废水的处理和控制，发展一种高效的含铀废水净化技术是十分迫切的现实需要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高效的吸附剂及其制备方法，从含铀废水中快速有效的去除铀。

一种基于羟基磷灰石的铀吸附剂，该铀吸附剂由以下原料组成：二水合氯化钙、聚天门冬氨酸、磷酸氢二铵。

优选地，所述基于羟基磷灰石的铀吸附剂由以下重量份原料组成：3-4份二水合氯化钙、10-12份聚天门冬氨酸、1-2份磷酸氢二铵。

优选地，所述基于羟基磷灰石的铀吸附剂由以下重量份原料组成：3份二水合氯化钙、10份聚天门冬氨酸、1份磷酸氢二铵。

优选地，所述基于羟基磷灰石的铀吸附剂具有介孔，其孔径为10-11nm，比表面积为180-190m²/g。

本发明的另一目的在于，还提供上述铀吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将二水合氯化钙和聚天门冬氨酸同时溶解，得到溶液A；将磷酸氢二铵溶解，得到溶液B；

(2)将溶液A与溶液B混合均匀，得到混合溶液，并调节pH值至5-5.5；

(3)将步骤(2)得到的混合溶液倒入反应釜中，置于烘箱中在160-200℃下保持22-24小时；

(4)取出步骤(3)得到的反应物，洗涤、过滤、干燥即得到所述铀吸附剂。

优选地，所述步骤(2)的混合溶液，其pH值为5。

优选地，所述步骤(3)中烘箱温度为180℃，其时间为24h。

与现有技术相比，本发明的有益效果：生物磷灰石作为天然矿物材料，广泛存在于自然界中，具有生态环境协调、相容的特征。本发明以生物大分子天门冬氨酸为模板仿生合成羟基磷灰石，模拟生物矿化过程，具有十分良好的生物相容性，不会产生二次污染。

本发明提出的铀吸附剂为分级中空微球且表面附有纳米棒，因而具有高比表面积，从而有更多的吸附位点可以和铀酰离子结合，形成稳定的磷酸铀酰矿物钙铀云母，十分钟内即可达到吸附平衡，最大吸附量可以达到895mg/g，可以快速有效的处理含铀废水，在放射性污染防治领域有广阔的应用前景。

本发明制备铀吸附剂的工艺简单、操作快捷，对设备和工艺条件无苛刻要求，容易操作，重复性好，适合大批量生产和工程应用。

附图说明

图1：为实施例1制备的羟基磷灰石铀吸附剂的扫描电镜和透射电镜图。

图2：为实施例1制备羟基磷灰石铀吸附剂的氮气吸附-脱附等温线和孔径分布图。

图3：为实施例2制备的吸附剂对铀的吸附容量与吸附时间的关系图。

图4：为实施例3制备的吸附剂不同平衡浓度的吸附容量图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步的说明，以助于理解本发明的内容。

实施例1

(1)将40mL水倒入烧杯，按照每份质量为0.2g，加入3份二水合氯化钙粉末和10份聚天门冬氨酸粉末，搅拌溶解，得到溶液A；将30mL水倒入烧杯，加入1份磷酸氢二铵粉末，将搅拌溶解得到的溶液B；

(2)将溶液A与溶液B混合均匀，得到混合溶液，用稀盐酸和稀氨水将溶液的pH调至5；

(3)将步骤(2)得到的混合溶液加入聚四氟乙烯瓶中，装入不锈钢反应釜，放入烘箱中在180摄氏度下保持24小时；

(4)取出步骤(3)得到的反应物，洗涤、过滤、干燥即得到所述铀吸附剂。

将实施例1制备的铀吸附剂进行电镜扫描，结果如图1所示，图1表明本发明中的铀吸附剂为表面伴随纳米棒的分级中空微球；图2表明本发明中的铀吸附剂的吸附平衡等温线为Ⅳ型，表明吸附剂具有介孔，比表面积为182.6m²/g，孔径为10.5nm。

实施例2：

以实施例1制得的铀吸附剂作为样品，测定铀吸附性能与吸附时间的关系，测定方法如下：

(1)配制50mL初始浓度为40mg/L的铀溶液，调节溶液pH＝3；

(2)加入0.01g实施例1制备的吸附剂到步骤1中的溶液中，于室温下振荡反应，在不同的时刻依次取样，将水样过滤后备用；

(3)用测铀仪检测步骤2中得到的水样中的铀浓度，计算铀吸附量。

结果如图3所示，图3表明本发明中的铀吸附剂具有优异的吸附效果：处理初始浓度为50mg/L的模拟含铀废水，五分钟左右即可达到吸附平衡，吸附容量达到199mg/L，去除率高达99.5％。

实施例3

以实施例1制得的铀吸附剂作为样品，测定不同平衡浓度下的吸附容量，测定方法如下：

(1)配制浓度梯度为40、80、120、160、200、240mg/L，初始浓度pH＝3的铀溶液各50mL；

(2)分别加入0.01g实施例1制备的吸附剂到步骤1中的溶液中，于室温下振荡反应，反应达到平衡以后取样，将水样过滤后备用；

(3)用测铀仪检测步骤2中得到的水样中的铀浓度，计算不同平衡浓度下吸附剂的吸附容量。

结果如图4所示，表明本发明中的吸附剂吸附容量较大，可以用于处理高浓度含铀废水，最大吸附容量可达到895mg/L。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于羟基磷灰石的铀吸附剂，其特在于，该铀吸附剂由以下原料组成：二水合氯化钙、聚天门冬氨酸、磷酸氢二铵。

2.如权利要求1所述的基于羟基磷灰石的铀吸附剂，其特在于，所述铀吸附剂由以下重量份原料组成：3-4份二水合氯化钙、10-12份聚天门冬氨酸、1-2份磷酸氢二铵。

3.如权利要求1所述的基于羟基磷灰石的铀吸附剂，其特在于，所述铀吸附剂由以下重量份原料组成：3份二水合氯化钙、10份聚天门冬氨酸、1份磷酸氢二铵。

4.如权利要求1-3任一项所述的基于羟基磷灰石的铀吸附剂，其特在于，所述铀吸附剂具有介孔，其孔径为10-11nm，比表面积为180-190m²/g。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的基于羟基磷灰石的铀吸附剂的制备方法，其特在于，包括以下步骤：

(1)将二水合氯化钙和聚天门冬氨酸同时溶解，得到溶液A；将磷酸氢二铵溶解，得到溶液B；

(2)将溶液A与溶液B混合均匀，得到混合溶液，并调节pH值至5-5.5；

(3)将步骤(2)得到的混合溶液倒入反应釜中，置于烘箱中在160-200℃下保持22-24小时；

(4)取出步骤(3)得到的反应物，洗涤、过滤、干燥即得到所述铀吸附剂。

6.如权利要求5所述的基于羟基磷灰石的铀吸附剂的制备方法，其特在于，所述步骤(2)的混合溶液，其pH值为5。

7.如权利要求5所述的基于羟基磷灰石的铀吸附剂的制备方法，其特在于，所述步骤(3)中烘箱温度为180℃，其时间为24h。