CN111627588A - 一种石墨烯气凝胶在光催化去除铀中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种石墨烯气凝胶在光催化去除铀中的应用，将石墨烯气凝胶放入含铀溶液中，加入甲醇牺牲剂，于暗箱内搅拌接触，之后打开光源进行光催化反应，使其中的铀得以去除；本发明还公开了上述石墨烯气凝胶的制备方法，以石墨为原料，制备氧化石墨烯，并配制氧化石墨烯水溶液然后进一步超声搅拌，将氧化石墨烯片层进一步剥离得到混合液；所得混合液置于高温焙烧后冷却，产物清洗后冷冻干燥得所述石墨烯气凝胶；本发明制备的石墨烯气凝胶对铀具有优异的光催化性能，去除容量高达1050mg/g，且循环使用5次以后仍具有很高的活性。
Description
技术领域
本发明涉及环境污染治理技术领域，具体涉及一种石墨烯气凝胶在光催化去除铀中的应用。
背景技术
作为化石燃料的替代能源，核能可以提供廉价的电能，同时不释放温室气体，是未来能源发展的方向。铀是一种重要的核燃料，随着核能的蓬勃发展，对铀的需求量也逐年增加。此外，在核燃料循环以及意外核事故过程中会产生含铀废水，污染环境的同时也威胁着人类的健康。因此，积极开采铀资源，进一步发展燃料后处理技术，寻求新型方法和材料用于含铀废水的处理，是保护环境以及缓解我国铀资源短缺问题的关键。在各种方法中，吸附法由于操作简单、吸附剂可设计等优点而备受关注。然而吸附剂表面的活性位点限制了吸附容量的进一步提升，需要开发新的方式打破活性位点的限制。光催化法由于具有高效、环境友好、节能等特点而被广泛应用于污水治理领域。研究学者已经合成一些催化剂(C3N4，TiO2，MOFs等)将水中易溶于水的U(VI)还原为微溶于水的U(IV)，进而实现对水中铀的去除。但是，这些实验大多需要在惰性气氛下进行，大大限制了其在实际应用中的推广。此外，暴露在空气中的光催化过程更为复杂，光催化机理尚不明确，因而在空气中的光催化材料和机理亟需探究。由氧化石墨烯还原而形成的石墨烯气凝胶(GA)，也被称为3D石墨烯，已经在环境和催化领域有所应用。它通常作为一种骨架材料负载活性物质如TiO2,Fe3O4或ZnO等而获得较高的光催化活性，用于金属离子的光催化去除。然而将石墨烯气凝胶用于铀的光催化去除并探究其光催化机理的研究尚未报道。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种石墨烯气凝胶在光催化去除铀中的应用。
一种石墨烯气凝胶在光催化去除铀方面的应用。
优选的，包括以下步骤：将石墨烯气凝胶放入含铀溶液中，加入甲醇作为牺牲剂，于暗箱内搅拌接触，之后打开光源进行光催化反应，使其中的铀得以去除。
优选的，打开氙灯(350W)，置入420nm滤光片模拟可见光，进行光催化反应
优选的，所述含铀溶液的pH值为1-10，浓度为0.1-1mM；石墨烯气凝胶与含铀溶液的固液比为1g:(1-200)mL。
优选的，暗箱搅拌接触时间为1h。
优选的，在溶液中甲醇的加入体积为溶液总体积的4％。
优选的，当铀溶液中含有氯离子时，在进行铀去除前，先对其中的氯离子进行去除或者在铀溶液中引入醋酸根离子。
优选的，所述铀溶液中氯离子浓度0.1-10mM，所述醋酸根离子浓度为0.4mM。
本发明还提供上述的用于光催化除铀的石墨烯气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)以石墨为原料，制备氧化石墨烯，并配制氧化石墨烯水溶液备用；
(2)步骤(1)配制的氧化石墨烯水溶液超声搅拌，将氧化石墨烯片层进一步剥离得到混合液；
(3)将步骤(2)制备的混合液置于140-220℃条件下高温焙烧后冷却，产物清洗后冷冻干燥得所述石墨烯气凝胶。
优选的，所述步骤(1)中，以300目石墨为原料，所配制的氧化石墨烯水溶液浓度为2mg/mL；步骤(2)超声搅拌时间为40min；步骤(3)焙烧时间为12h。
本发明还提供上述的石墨烯气凝胶的制备方法制备的石墨烯气凝胶。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明首次引入铀酰离子光催化有机物的性能，对光催化机理进行了探究。结果表明，石墨烯气凝胶特有的3D孔道结构提升了电子和物质的转移能力，且其表面残存的官能团可用于金属离子的吸附，是一种潜在的优质催化剂，本发明制备的氧化石墨烯经过还原得到的石墨烯气凝胶可以在空气气氛下用于铀的光催化去除，且实现了对铀的大容量固化去除，该催化剂具有去除容量高、可重复使用等优点，有望用于实际的含铀污水处理中，解决了现有技术中的惰性氛围下去除铀的不便，便于污水除铀的工业化操作。
(2)石墨烯气凝胶不含金属元素，是非金属催化剂，其制备简单、环境友好、价格低廉，且具有较高的比表面积，其特有的3D孔道结构能够加速电子和物质的传递，进而提升其光催化性能。本发明所制备的石墨烯气凝胶对铀具有优异的光催化性能，去除容量高达1050mg/g，且循环使用5次以后仍具有很高的活性。且可再生能力强，循环使用性能好，在空气气氛下能够对铀酰离子进行固化去除，生成水丝铀矿便于回收利用，是一种性能卓越的光催化材料。
附图说明
图1为本发明实施例1-5不同温度下制备的石墨烯气凝胶的扫描电子显微镜图；
图2为本发明实施例1、实施例2、实施例5制备的石墨烯气凝胶的X射线光电子能谱分析图；
图3为本发明实施例1、实施例2、实施例5制备的石墨烯气凝胶用于光催化去除铀效果图；
图4为本发明实施例1制备的石墨烯气凝胶光催化后所得的固体产物的扫描电子显微镜图；
图5为本发明实施例1制备的石墨烯气凝胶光催化后所得的固体产物的X射线衍射图；
图6为氯离子浓度对本发明实施例1制备的石墨烯气凝胶光催化性能影响图；
图7为醋酸根离子浓度对本发明实施例1制备的石墨烯气凝胶光催化处理含有氯离子的铀污水的性能影响图；
图8为本发明石墨烯气凝胶光催化去除铀的机理图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明以下实施例中所使用的氧化石墨烯的制备：采用改进的Hummors’方法，以300目石墨为原料，制备氧化石墨烯，并配制浓度为2mg/mL的氧化石墨烯水溶液备用；
实施例1
量取15mL的上述氧化石墨烯溶液于5mL的烧杯中，搅拌并超声40min，将氧化石墨烯片层进一步剥离。将混合溶液移入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜内，然后将反应釜放入烘箱，设置反应温度为200℃，反应时间为12h。待反应结束后自然冷却，然后将产物从反应釜中拿出。用清水浸泡冲洗，去除其表面未反应的物质。放入冷冻干燥箱内进行冷冻干燥。待产物干燥后将其取出，命名GA-200。
实施例2
同实施例1，区别在于，设置反应温度为140℃，其他均与实施例1相同，命名GA-140。
实施例3
设置反应温度为160℃，其他均与实施例1相同，命名GA-160。
实施例4
设置反应温度为180℃，其他均与实施例1相同，命名GA-180。
实施例5
设置反应温度为220℃，其他均与实施例1相同，命名GA-220。
对实施例1-5制备的石墨烯气凝胶进行扫描电子显微镜(SEM)分析以及X射线光电子能谱分析(XPS)，扫描电镜图见图1，能谱分析图见图2；由图1可以得出，石墨烯气凝胶具有三维网状的孔道结构，且随着反应温度的升高，其孔径逐渐变大变密，最后在200℃时出现了交联现象，这种交联结构有利于电子和物质的传递。由图2可以得出，GA-140，GA-200和GA-220的碳/氧原子比分别为5.09,5.85和6.04，而氧化石墨烯的碳/氧原子比为1.77，进一步表明石墨烯被充分氧化，表明随着反应温度的升高，氧化石墨烯的还原程度增大，表面的含氧官能团减少。
实施例6石墨烯气凝胶在光催化去除铀中的应用
将实施例1-5制备的石墨烯气凝胶用于光催化去除铀，具体过程如下：
将30mg石墨烯气凝胶放入50mL含铀溶液中，浓度为0.4mM，pH＝5。加入甲醇2mL，于暗箱内搅拌接触1h，之后打开氙灯(350W)，置入420nm滤光片模拟可见光，光强为20mW/cm2，进行光催化反应，使其中的铀得以去除。
催化去除结果见图3，由图3可以得出，空白对比实验中，在没有催化剂时铀酰离子的浓度没有明显的下降趋势，随着催化剂的加入，在前1小时的暗反应中，铀酰离子的浓度先下降然后趋于平稳，说明达到了吸附饱和。值得提出的是，随着反应温度的升高，其吸附能力逐渐下降，是因为其表面含氧官能团含量降低而引起的。之后打开光源，置入420nm滤光片获得可见光，进行光照反应。可以看出GA-140为催化剂的铀溶液浓度没有进一步下降，说明其没有进行有效的光催化反应，而GA-200的光催化速率高于GA-220，说明暗反应阶段吸附容量的大小对光催化反应阶段具有较大的影响。通过批次光催化实验，发现GA-200对铀酰离子的去除容量高达1050mg/g，且材料可再生能力强，具有优异的循环使用性能，是一种杰出的光催化材料。
实施例7甲醇牺牲剂对于石墨烯气凝胶光催化去除铀的影响
取GA-200按照实施例6的方法进行光催化去除铀，区别在于，不加入甲醇牺牲剂；结果发现在不加甲醇的时候，GA-200对铀基本没有光催化性能，而加入甲醇以后，铀的浓度迅速下降，说明甲醇在光催化过程中具有重要作用。
将实施例1、实施例2、实施例5制备的石墨烯气凝胶光催化去除铀后所得的固体产物进行形貌分析，扫描电子显微镜照片见图4，X射线衍射(XRD)图见图5；由图4可以发现其产物生长在石墨烯气凝胶上，是一种短棒状结构的晶体，待晶体长大后会自然脱落，附着于石墨烯气凝胶表面；图5可以得出，所述产物为水丝铀矿((UO2)O2·2H2O)，水丝铀矿是自然界中铀的主要存在形式之一。因此，本发明可以利用石墨烯气凝胶为光催化剂，实现对溶液中铀酰离子的高效固化和去除，生成水丝铀矿，分离后可以进一步回收利用。
实施例8
取GA-200按照实施例6的方法进行光催化去除铀，区别在于，硝酸铀酰溶液中加入不同浓度的NaCl溶液，使得溶液种氯离子的浓度为0.1-10mM，分别进行光催化反应。
如附图6所示，实验发现随着氯离子浓度的增加，GA-200对铀的光催化性能逐渐降低，说明氯离子对其光催化性能有抑制作用。
实施例9
取GA-200按照实施例8的方法进行光催化去除铀，区别在于，将硝酸铀酰改为醋酸铀酰，其浓度pH值等保持不变，加入不同浓度的氯化钠0.1-10mM进行光催化去除铀的反应。如图7所示，发现醋酸铀酰能够在一定程度上消除氯离子的影响。
在光照条件下，铀酰离子吸收光后变为活化的铀酰离子，然后和醇类、醛类等有机物发生氢抽离反应，即在空气气氛下，其可以活化C-H键，进而催化有机物生成二氧化碳和水等产物。而氯离子的加入会在内部与铀酰离子形成配位层，使其吸收光以后不能被活化，影响后续反应的进行。结合前述的实验和表征，本发明将石墨烯气凝胶光催化去除铀的机理总结如图8。可以发现，石墨烯气凝胶以及铀酰离子自身的光催化性质在此过程中均发挥了重要作用。且氧气参与反应生成双氧水，这种局部浓度较高的双氧水能够和固定在气凝胶表面的铀酰离子进一步反应，生成水丝铀矿，实现对溶液中铀酰离子的固化和去除。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种石墨烯气凝胶在光催化去除铀方面的应用。
2.根据权利要求1所述的石墨烯气凝胶在光催化去除铀方面的应用，其特征在于，包括以下步骤：将石墨烯气凝胶放入含铀溶液中，加入甲醇作为牺牲剂，于暗箱内搅拌接触，之后打开光源进行光催化反应，使其中的铀得以去除。
3.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶在光催化去除铀方面的应用，其特征在于，所述含铀溶液的pH值为1-10，浓度为0.1-1mM；石墨烯气凝胶与含铀溶液的固液比为1g:(1-200)mL。
4.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶在光催化去除铀方面的应用，其特征在于，暗箱搅拌接触时间为1h。
5.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶在光催化去除铀方面的应用，其特征在于，在溶液中甲醇的加入体积为溶液总体积的4％。
6.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶在光催化去除铀方面的应用，其特征在于，当铀溶液中含有氯离子时，在进行铀去除前，先对其中的氯离子进行去除或者在铀溶液中引入醋酸根离子。
7.根据权利要求6所述的石墨烯气凝胶在光催化去除铀方面的应用，其特征在于，所述铀溶液中氯离子浓度0.1-10mM，所述醋酸根离子浓度为0.4mM。
8.一种用于光催化除铀的石墨烯气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以石墨为原料，制备氧化石墨烯，并配制氧化石墨烯水溶液备用；
(2)步骤(1)配制的氧化石墨烯水溶液超声搅拌，将氧化石墨烯片层进一步剥离得到混合液；
(3)将步骤(2)制备的混合液置于140-220℃条件下高温焙烧后冷却，产物清洗后冷冻干燥得所述石墨烯气凝胶。
9.根据权利要求8所述的石墨烯气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，以300目石墨为原料，所配制的氧化石墨烯水溶液浓度为2mg/mL；步骤(2)超声搅拌时间为40min；步骤(3)焙烧时间为12h。
10.一种根据权利要求8所述的石墨烯气凝胶的制备方法制备的石墨烯气凝胶。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112694331A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-23 | 中国原子能科学研究院 | 采用氧化石墨烯掺杂制备二氧化铀复合燃料芯块的方法 |
| CN113198534A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-08-03 | 华北电力大学 | 一种碳点/聚氨酯复合材料及其制备方法和应用 |
| CN114196842A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-03-18 | 西北工业大学 | 一种光催化-电氧化联产回收水中铀的方法 |
| CN114558606A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-31 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种提取分离含铀废水或海水中铀的催化剂及其应用 |
| CN115148389A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-10-04 | 华北电力大学 | 一种无需催化剂的光催化除铀方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004067167A1 (en) * | 2003-01-27 | 2004-08-12 | Bp Chemicals Limited | Oxidation catalyst and its preparation |
| CN102260793A (zh) * | 2011-07-25 | 2011-11-30 | 南华大学 | 一种利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀的方法 |
| CN104587918A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-06 | 河海大学 | 一种银纳米粒子修饰碳球/石墨烯复合气凝胶材料及其制备方法与应用 |
| CN106068242A (zh) * | 2014-02-19 | 2016-11-02 | 阿雷瓦核废料回收公司 | 活化u3o8以使其转化为水合uo4的方法 |
| CN106098130A (zh) * | 2016-06-16 | 2016-11-09 | 西南科技大学 | 一种电还原处理低浓度含铀废水制取铀氧化物的方法 |
| CN108636439A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-10-12 | 福州大学 | 一种氮掺杂碳量子点-三维石墨烯气凝胶光催化剂及其制备与应用 |
| CN110064346A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-07-30 | 华南理工大学 | 一种二氧化钛/硫化锌镉石墨烯气凝胶及其制备方法与应用 |
| CN111063468A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-24 | 西南科技大学 | 处理放射性废水的MoS2/还原氧化石墨烯纳米片的制备方法 |
-
2020
- 2020-06-15 CN CN202010541640.9A patent/CN111627588B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004067167A1 (en) * | 2003-01-27 | 2004-08-12 | Bp Chemicals Limited | Oxidation catalyst and its preparation |
| CN102260793A (zh) * | 2011-07-25 | 2011-11-30 | 南华大学 | 一种利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀的方法 |
| CN106068242A (zh) * | 2014-02-19 | 2016-11-02 | 阿雷瓦核废料回收公司 | 活化u3o8以使其转化为水合uo4的方法 |
| CN104587918A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-06 | 河海大学 | 一种银纳米粒子修饰碳球/石墨烯复合气凝胶材料及其制备方法与应用 |
| CN106098130A (zh) * | 2016-06-16 | 2016-11-09 | 西南科技大学 | 一种电还原处理低浓度含铀废水制取铀氧化物的方法 |
| CN108636439A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-10-12 | 福州大学 | 一种氮掺杂碳量子点-三维石墨烯气凝胶光催化剂及其制备与应用 |
| CN110064346A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-07-30 | 华南理工大学 | 一种二氧化钛/硫化锌镉石墨烯气凝胶及其制备方法与应用 |
| CN111063468A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-24 | 西南科技大学 | 处理放射性废水的MoS2/还原氧化石墨烯纳米片的制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| KANG-QIANG LU，等: "Hybridization of graphene oxide with commercial graphene for constructing 3D metal-free aerogel with enhanced photocatalysis", 《APPLIED CATALYSIS B: ENVIRONMENTAL》 * |
| ZHE WANG，等: "Graphene aerogel capsulated precipitants for high efficiency and rapid elimination of uranium from water", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》 * |
| 王东琪，等: "锕系计算化学进展", 《化学进展》 * |
| 瞿静，等: "石墨烯气凝胶的结构控制及其电化学性能", 《上海化工》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112694331A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-23 | 中国原子能科学研究院 | 采用氧化石墨烯掺杂制备二氧化铀复合燃料芯块的方法 |
| CN112694331B (zh) * | 2020-12-17 | 2022-07-01 | 中国原子能科学研究院 | 采用氧化石墨烯掺杂制备二氧化铀复合燃料芯块的方法 |
| CN113198534A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-08-03 | 华北电力大学 | 一种碳点/聚氨酯复合材料及其制备方法和应用 |
| CN113198534B (zh) * | 2021-04-29 | 2021-12-14 | 华北电力大学 | 一种碳点/聚氨酯复合材料及其制备方法和应用 |
| CN114196842A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-03-18 | 西北工业大学 | 一种光催化-电氧化联产回收水中铀的方法 |
| CN114558606A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-31 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种提取分离含铀废水或海水中铀的催化剂及其应用 |
| CN115148389A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-10-04 | 华北电力大学 | 一种无需催化剂的光催化除铀方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111627588B (zh) | 2021-08-10 |
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