CN116832777A - 一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法 - Google Patents
一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116832777A CN116832777A CN202310850416.1A CN202310850416A CN116832777A CN 116832777 A CN116832777 A CN 116832777A CN 202310850416 A CN202310850416 A CN 202310850416A CN 116832777 A CN116832777 A CN 116832777A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon
- based material
- uranium
- valent iron
- nano zero
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 title claims abstract description 162
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 80
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000746 purification Methods 0.000 title claims abstract description 10
- -1 uranium ions Chemical class 0.000 claims abstract description 57
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 56
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 50
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 22
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 15
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 14
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 10
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims description 7
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 22
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 abstract description 2
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 abstract description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 24
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 22
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 12
- DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N iron(2+);iron(3+);octadecacyanide Chemical compound [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000013225 prussian blue Substances 0.000 description 12
- 229960003351 prussian blue Drugs 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 11
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 10
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 9
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 9
- 239000003480 eluent Substances 0.000 description 8
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 7
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 7
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 7
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 7
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 7
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 7
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 6
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 229910002588 FeOOH Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 3
- WYICGPHECJFCBA-UHFFFAOYSA-N dioxouranium(2+) Chemical compound O=[U+2]=O WYICGPHECJFCBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 1
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 239000013310 covalent-organic framework Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- DSERHVOICOPXEJ-UHFFFAOYSA-L uranyl carbonate Chemical compound [U+2].[O-]C([O-])=O DSERHVOICOPXEJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 125000005289 uranyl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/0203—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
- B01J20/0225—Compounds of Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt
- B01J20/0229—Compounds of Fe
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J20/28004—Sorbent size or size distribution, e.g. particle size
- B01J20/28007—Sorbent size or size distribution, e.g. particle size with size in the range 1-100 nanometers, e.g. nanosized particles, nanofibers, nanotubes, nanowires or the like
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
- B01J20/28026—Particles within, immobilised, dispersed, entrapped in or on a matrix, e.g. a resin
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/305—Addition of material, later completely removed, e.g. as result of heat treatment, leaching or washing, e.g. for forming pores
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/288—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using composite sorbents, e.g. coated, impregnated, multi-layered
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/04—Treating liquids
- G21F9/06—Processing
- G21F9/12—Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/006—Radioactive compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/08—Nanoparticles or nanotubes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
本发明提供了一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法，涉及水处理技术领域。本发明所述碳基材料，包括碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的纳米零价铁颗粒。本发明通过在碳基体内掺杂纳米零价铁以及将纳米零价铁颗粒负载在碳基体表面，碳基材料能够加大纳米零价铁颗粒的扩散，有效防止纳米零价铁颗粒团聚和氧化的缺陷，提高了碳基材料中的纳米零价铁颗粒的稳定性。将本发明所述碳基材料应用于含铀废水净化，对铀离子的去除效果优异，并且本发明的碳基材料回收过程中没有毒性、腐蚀性和放射性，不会造成二次污染。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法。
背景技术
铀是核能发展的主要能源，但随着核工业的快速发展产生了大量的含铀废水，其具有成分复杂、浓度低、毒性强并具有放射性等特点。目前，常用的含铀废水处理方法有化学沉淀法、混凝法、光催化法、化学还原法、离子交换法、生物法和吸附法等，其中吸附法以操作简单、吸附效率快、铀选择性高、吸附容量大等特点深受学者关注。近几年用于铀吸附的各种材料得到快速发展，如活性炭、纳米零价铁、介孔硅、金属有机框架材料和共价有机框架材料。
近年来，具有核壳结构的纳米零价铁(nZVI)由于其具有效率高、容量大、活性强等特性成为吸附废水中U、Cd、Ni等重金属的主要材料。但是，nZVI被用作吸附剂时存在nZVI颗粒容易团聚和氧化，导致稳定性差的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法，本发明提供的碳基材料不易团聚和氧化，稳定性能优异。
为了实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：
一种碳基材料，包括碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的纳米零价铁颗粒。
优选地，所述碳基材料中纳米零价铁颗粒的质量含量为4～6％。
优选地，所述纳米零价铁颗粒的粒径为200～300nm。
本发明还提供了上述技术方案所述碳基材料的制备方法，包括以下步骤：
将铁氰化钾、葡萄糖、pH调节剂和水混合，得到前驱液；
将所述前驱液和碳材料混合，进行水热反应，得到碳基材料前驱体；
将所述碳基材料前驱体进行炭化，得到所述碳基材料。
优选地，所述碳材料由碳纤维组成；所述碳材料、铁氰化钾与葡萄糖的质量比为1:2～3:1。
优选地，所述水热反应的温度为110～130℃，时间为4～6h。
优选地，所述炭化的温度为700～1000℃，时间为6～8h。
本发明还提供了上述技术方案所述碳基材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的碳基材料在净化含铀废水中的应用。
本发明还提供了一种含铀废水净化方法，包括以下步骤：
将碳基材料和含铀废水混合进行吸附；所述碳基材料为上述技术方案所述碳基材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的碳基材料。
优选地，所述碳基材料和含铀废水的固液比为1.2～1.6g/L。
本发明提供了一种碳基材料，包括碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的纳米零价铁颗粒。本发明通过在碳基体内掺杂纳米零价铁以及将纳米零价铁颗粒负载在碳基体表面，碳基材料能够加大纳米零价铁颗粒的扩散，有效防止纳米零价铁颗粒团聚，同时，碳材料的包裹能够减缓纳米零价铁氧化的缺陷，提高了碳基材料中的纳米零价铁颗粒的稳定性；而填充在碳基体孔隙内部的纳米零价铁颗粒具有吸附还原铀的作用。
将本发明提供的碳基材料应用于含铀废水净化，对铀离子的去除效果优异，由本发明实施例结果可知，本发明对浓度为5～250mg/L的含铀废水可在2～6h内达到90％以上的去除率，证明本发明提供的碳基材料吸附性能优异。此外，本发明的碳基材料的回收过程中没有毒性、腐蚀性和放射性，不会造成二次污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1～4中制备的碳基材料前驱体放大500倍的SEM谱图；
图2为实施例1～4中制备的碳基材料前驱体放大100000倍的SEM谱图；
图3为实施例1～4中制备的碳基材料前驱体的XRD谱图；
图4为实施例1制备的碳基材料的SEM谱图；
图5为实施例2制备的碳基材料的SEM谱图；
图6为实施例3制备的碳基材料的SEM谱图；
图7为实施例4制备的碳基材料的SEM谱图；
图8为实施例1～4制备的碳基材料和碳基底的XRD谱图；
图9为实施例1～4制备的碳基材料的XPS能谱图；
图10为实施例2制备的碳基材料的Fe 2p高分辨率XPS能谱图；
图11为碳材料和实施例1～4制备的碳基材料对含铀离子水溶液的吸附效果图；
图12为实施例2制备的碳基材料吸附铀离子前后的XPS全谱图；
图13为实施例2制备的碳基材料吸附铀离子前后的高分辨率U 4f光谱图；
图14为实施例2制备的碳基材料吸附铀离子前后的XRD图谱；
图15为不同pH条件下实施例2制备的碳基材料对铀离子的吸附效果图；
图16为不同吸附温度下实施例2制备的碳基材料对铀离子的吸附效果图；
图17为实施例2制备的碳基材料针对不同浓度铀离子的吸附效果图；
图18为不同阳离子条件下实施例2所述碳基材料对铀离子的吸附效果图；
图19为不同阴离子条件下实施例2所述碳基材料对铀离子的吸附效果图；
图20为实施例2制备的碳基材料针对海水中铀的提取能力测试结果图；
图21为实施例2制备的碳基材料三个循环周期试验后对铀离子的吸附效果图。
具体实施方式
本发明提供了一种碳基材料，包括碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的纳米零价铁颗粒。
在本发明中，所述碳基材料中纳米零价铁颗粒的质量含量优选为4～6％，更优选为5％。
在本发明中，所述纳米零价铁颗粒的粒径优选为200～300nm，更优选为200～250nm。在本发明中，纳米零价铁颗粒具有吸附还原铀的的作用。
本发明还提供了上述技术方案所述碳基材料的制备方法，包括以下步骤：
将铁氰化钾、葡萄糖、pH调节剂和水混合，得到前驱液；
将所述前驱液和碳材料混合，进行水热反应，得到碳基材料前驱体；
将所述碳基材料前驱体进行炭化，得到所述碳基材料。
在本发明中，若无特殊说明，所有的制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
本发明将铁氰化钾、葡萄糖、pH调节剂和水混合，得到前驱液。在本发明中，所述前驱液中铁氰化钾的质量浓度优选为20～24g/L，更优选为22～23g/L。在本发明中，所述前驱液中葡萄糖的质量浓度优选为8～10g/L，更优选为8.33～9g/L。
在本发明中，所述pH调节剂优选为浓盐酸、稀盐酸和稀硝酸中一种，更优选为浓盐酸。在本发明中，所述浓盐酸的质量含量优选为36％～38％，更优选为37％。本发明对pH调节剂的用量没有特殊限定，调剂至前驱液的pH为1～2即可。
在本发明中，所述水优选为超纯水。
在本发明中，所述铁氰化钾、葡萄糖、pH调节剂和水混合方式优选为搅拌，所述搅拌的时间优选为5～30min，更优选为5～10min；所述搅拌的速率优选为600～700r/min，更优选为650r/min。
得到前驱液后，本发明将所述前驱液和碳材料混合，进行水热反应，得到碳基材料前驱体。在本发明中，所述碳材料优选由碳纤维组成，所述碳材料具体可以优选为由碳纤维组成的碳毡基底、碳布和碳片中的一种，更优选为碳毡基底。在本发明中，所述碳毡基底的长度优选为30～100mm，更优选为40～60mm，宽度优选为5～50mm，更优选为10～30mm；厚度优选为2～5mm，更优选为3～4mm。在本发明中，碳材料具有增大纳米零价铁扩散和减缓纳米零价铁氧化以及提供稳定支撑的作用。
在本发明中，所述碳材料、铁氰化钾与葡萄糖的质量比优选为1:2～3:1，更优选为1:2.64:1。
在本发明中，所述水热反应的温度优选为110～130℃，更优选为120℃；所述水热反应的时间优选为4～6h，更优选为4h。在本发明中，水热反应过程中水热反应时一部分[Fe(CN)6]3-在HCl作用下分解释放出Fe3+，而另一部分[Fe(CN)6]3-被葡萄糖(C6H12O6)还原成[Fe(CN)6]4-，再通过沉淀将上述反应生产的Fe3+和[Fe(CN)6]4-组合，从而在碳材料上原位生成普鲁士蓝(FeIII 4[FeII(CN)6]3)晶体。
所述水热反应后，本发明还优选包括将水热反应产物依次进行水洗和干燥。在本发明中，所述水洗的次数优选为2～5次，更优选为3次。本发明优选将水热反应产物水洗至无粉体脱落。
在本发明中，所述干燥的温度优选为50～70℃，更优选为60℃；所述干燥的时间优选为12～24h，更优选为24h。
在本发明中，所述碳基材料前驱体优选由碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的普鲁士蓝晶体构成。
得到碳基材料前驱体后，本发明将所述碳基材料前驱体进行炭化，得到碳基材料。在本发明中，所述炭化的温度优选为700～1000℃，更优选为800～900℃；所述炭化的时间优选为6～8h，更优选为6～7h。在本发明中，升温至炭化所需温度的升温速率优选为5～10℃/min，更优选为10℃/min。
在本发明中，所述炭化优选在无氧氛围下进行，更优选为惰性气体氛围下进行。在本发明中，所述惰性气体优选为氩气、氮气中的一种，更优选为氩气。
在本发明中，所述炭化过程中碳材料表面变得更加粗糙，孔径变大，同时填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的普鲁士蓝晶体热解破碎，形成纳米零价铁颗粒与多孔碳材料的复合结构。
本发明还提供了上述技术方案所述碳基材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的碳基材料在净化含铀废水中的应用。
在本发明中，所述含铀废水优选为铀矿冶废水、核燃料废水和乏燃料后处理废水中的一种或多种，更优选为铀矿冶废水。
本发明还提供了一种含铀废水净化方法，包括以下步骤：
将碳基材料和含铀废水混合进行吸附；所述碳基材料为上述技术方案所述碳基材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的碳基材料。
在本发明中，所述碳基材料和含铀废水的固液比优选为1.2～1.6g/L，更优选为1.4～1.5g/L。
在本发明中，所述含铀废水中铀离子的浓度优选为5～250mg/L，更优选为40mg/L；所述含铀废水的pH值优选为3～7，更优选为4。
在本发明中，所述吸附的温度优选为20～40℃，更优选为25℃；所述吸附的时间优选为2～6h，更优选为3h。
在本发明中，所述吸附优选在无氧氛围下进行，所述无氧氛围优选和上述无氧氛围一致。在本发明中，吸附在无氧环境中进行可以避免已经被还原的四价铀的再次氧化为六价，同时还可以减缓纳米零价铁的氧化。
本发明所述碳基材料优选可以循环回收利用。在本发明中，所述碳基材料的回收方式优选为：将使用后的碳基材料浸泡于洗脱剂水溶液中进行解吸附，固液分离后，得到回收碳基材料。在本发明中，所述洗脱剂水溶液中的洗脱剂优选为碳酸钠、碳酸氢钠、稀盐酸和稀硝酸中一种，更优选为碳酸钠。在本发明中，所述洗脱剂水溶液的浓度优选为0.2～1mol/L，更优选为0.5mol/L。
在本发明中，所述解吸附的温度优选为25～30℃，更优选为25℃；所述解吸附的时间优选为2～6h，更优选为3h。本发明制备的碳基材料在解吸附反应过程中无需加入催化剂，也无需采用高毒性的氯仿、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等清洗剂对解吸后的吸附材料再次进行清洗和离心收集(该过程存在二次污染)，本发明采用操作简单的浸泡法，将吸附后的材料直接放入洗脱剂中进行浸泡解吸，铀离子则会解吸在洗脱剂中，再通过洗脱剂水溶液进行铀资源的回收，对环境友好，不会造成二次污染，具有广阔的实际应用前景。
在本发明中，所述碳基材料的循环利用次数优选为3～5次，更优选为3次。
为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的碳基材料进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
在60mL的超纯水中加入1.32g铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])和0.5g葡萄糖(α-D-C6H12O6)，在室温、650r/min条件下搅拌5min后得到混合液；再加入1mL浓盐酸(浓度为36％～38％)，继续搅拌5min后使盐酸分散均匀，得到pH值为1的前驱液；
将所述前驱液和0.5g碳毡基底(CF，尺寸为20*50mm，厚度为3mm)转移至100mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，在120℃条件下进行水热反应4h；将水热反应产物采用超纯水冲洗3次，洗涤至水热反应产物无粉体脱落，在60℃下干燥24h后，得到负载普鲁士蓝晶体的碳基材料前驱体(PB@CF)；
以10℃/min的升温速率由室温升温至700℃，将所述碳基材料前驱体在Ar气氛700℃条件下碳化6h，冷却至室温后得到碳基材料(nZVI@CF700)。
实施例2
在60mL的超纯水中加入1.32g铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])和0.5g葡萄糖(α-D-C6H12O6)，在室温、650r/min条件下搅拌5min后得到混合液；再加入1mL浓盐酸使混合液pH值为1，继续搅拌5min后使盐酸分散均匀，得到前驱液；
将所述前驱液和0.5g碳毡基底(CF，尺寸为20*50mm，厚度为3mm)转移至100mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，在120℃条件下进行水热反应4h；将水热反应产物采用超纯水冲洗3次，洗涤至反应产物无粉体脱落，在60℃下干燥24h后，得到负载普鲁士蓝晶体的碳基材料前驱体(PB@CF)；
以10℃/min的升温速率由室温升温至800℃，将所述碳基材料前驱体在Ar气氛800℃条件下碳化6h，冷却至室温后得到碳基材料(nZVI@CF800)
实施例3
在60mL的超纯水中加入1.32g铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])和0.5g葡萄糖(α-D-C6H12O6)，在室温、650r/min条件下搅拌5min后得到混合液；再加入1mL浓盐酸使混合液pH值为1，继续搅拌5min后使盐酸分散均匀，得到前驱液；
将所述前驱液和0.5g碳毡基底(CF，尺寸为20*50mm，厚度为3mm)转移至100mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，在120℃条件下进行水热反应4h；将水热反应产物采用超纯水冲洗3次，洗涤至反应产物无粉体脱落，在60℃下干燥24h后，得到负载普鲁士蓝晶体的碳基材料前驱体(PB@CF)；
以10℃/min的升温速率由室温升温至900℃，将所述碳基材料前驱体在在Ar气氛900℃条件下碳化6h，冷却至室温后得到碳基材料(nZVI@CF900)。
实施例4
在60mL的超纯水中加入1.32g铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])和0.5g葡萄糖(α-D-C6H12O6)，在室温、650r/min条件下搅拌5min后得到混合液；再加入1mL浓盐酸使混合液pH值为1，继续搅拌5min后使盐酸分散均匀，得到前驱液；
将所述前驱液和0.5g碳毡基底(CF，尺寸为20*50mm，厚度为3mm)转移至100mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，在120℃条件下进行水热反应4h；将水热反应产物采用超纯水冲洗3次，洗涤至反应产物无粉体脱落，在60℃下干燥24h后，得到负载普鲁士蓝晶体的碳基材料前驱体(PB@CF)；
以10℃/min的升温速率由室温升温至1000℃，将所述碳基材料前驱体在在Ar气氛1000℃条件下碳化6h，冷却至室温后得到碳基材料(nZVI@CF1000)。
测试例1
对实施例1～4中制备的碳基材料前驱体(PB@CF)和碳基材料(nZVI@CF700～1000)进行表征、XRD分析和XPS分析，结果如下所示。
图1为实施例1～4中制备的碳基材料前驱体(PB@CF)放大500倍的SEM谱图，图2为实施例1～4中制备的碳基材料前驱体(PB@CF)放大100000倍的SEM谱图。由图1和图2可知，在碳基体表面形成一层紧凑的分布均匀的普鲁士蓝晶体(PB)，使碳基体表面变得更加粗糙。
图3为实施例1～4中制备的碳基材料前驱体(PB@CF)的XRD谱图。从图3可知，在2θ＝26.22°处有一个明显的特征衍射峰，对应于碳基体的(002)晶面(参照标准卡JCPDsNo.75-1621)，同时，在2θ＝17.37°、35.16°、39.49°、50.67°、53.89°、57.17°、66.23°、68.99°处分别具有不同高低的特征衍射峰，分别对应于普鲁士蓝晶体的(100)、(200)、(210)、(220)、(300)、(310)、(320)和(321)晶面(参照标准卡JCPDs No.01-0239)，这表明成功制备了碳基材料前驱体(PB@CF)。
图4为实施例1制备的碳基材料(nZVI@CF700)的SEM谱图。由图4可知，通过700℃碳化后，碳基材料前驱体中普鲁士蓝晶体开始破碎，在碳毡基底的表面开始形成纳米零价铁颗粒。
图5为实施例2制备的碳基材料(nZVI@CF800)的SEM谱图。由图5可知，通过800℃碳化后，碳基材料前驱体中普鲁士蓝晶已经破碎，在碳毡基底表面形成大量的分布均匀的直径约为200～300nm球型的纳米零价铁颗粒，大大增加了活性位点的接触面积。
图6为实施例3制备的碳基材料(nZVI@CF900)的SEM谱图。由图6可知，通过900℃碳化后，碳基材料前驱体中普鲁士蓝晶完全破碎，碳毡基底表面也开始破损，在碳毡基底里面出现纳米零价铁颗粒。
图7为实施例4制备的碳基材料(nZVI@CF1000)的SEM谱图。由图7可知，通过1000℃碳化后，碳基材料前驱体中碳毡基底表面破损，在碳毡基底里面存在分布均匀的纳米零价铁颗粒。
图8为实施例1～4制备的碳基材料和碳毡基底的XRD谱图。由图8可知，虽然样品中出现了一些杂质峰，但是碳毡基底和nZVI@CF700～1000都有以2θ＝26.22°为中心的特征衍射峰，对应于碳毡基底的(002)晶面(参照标准卡JCPDs No.75-1621)，这表明碳毡基底具有良好的结构稳定性。同时，nZVI@CF700～1000在2θ＝44.35°、64.53°和81.65°处分别含有不同高低的特征衍射峰，对应于nZVI的(110)、(200)和(211)晶面(参照标准卡JCPDsNo.85-1410)，这也表明了通过简便的水热碳化二步法成功制备了nZVI@CF700～1000纳米材料。此外，可以很明显的看到相对于700℃、900℃和1000℃碳化温度制备的负载型纳米零价铁掺杂碳基材料而言，在800℃碳化温度下制备的nZVI@CF800材料具有更加明显的纳米零价铁的特征衍射峰，表明nZVI@CF800的nZVI含量更高，具有更好的吸附还原能力。
图9为实施例1～4制备的碳基材料的XPS能谱图。由图9可知，实施例1～4制备的碳基材料均有明显的C、O、Fe三种元素的吸收峰，相对于nZVI@CF700、nZVI@CF900和nZVI@CF1000而言，nZVI@CF800的O和Fe元素含量更高。
图10为实施例2制备的碳基材料(nZVI@CF800)的Fe 2p高分辨率XPS能谱图。由图10可知，在707.10eV和718.56eV处存在明显的吸收峰，分别属于Fe0的2p3/2峰和2p1/2峰。
测试例2
对实施例1～4制备的碳基材料的吸附性能进行测试，测试方法为：
分别称取70mg的碳材料(具体为厚度为3mm、尺寸为5*20mm的碳毡基底)和实施例1～4制备的碳基材料(nZVI@CF700～1000，具体为厚度为3mm、尺寸为5*20mm)，加入到装有50mL浓度为10mg/L、pH为4的含铀离子水溶液的烧杯中，在氩气气氛水浴恒温25℃的条件下进行吸附3h，反应进行时每隔一定时间(如图11所示)取上清液，采用偶氮砷III分光光度法检测吸附前后铀酰离子的浓度。测试结果如下所示。
图11为碳材料和实施例1～4制备的碳基材料对含铀离子水溶液的吸附情况示意图。从图11可知，在相同条件下，碳毡基底几乎没有吸附作用；而本发明制备的碳基材料具有很好的吸附效果，进一步表明本发明制备的碳基材料均能在120min内便能吸附90％以上的铀酰离子，其中以nZVI@CF800吸附效果最佳，这可能归因于与其他吸附材料相比，nZVI@CF800的nZVI的含量最高，具有最多的nZVI反应活性位点，去除速率更快。
图12为实施例2制备的碳基材料吸附铀离子前后的XPS全谱图。从图12可知，吸附后的XPS全谱中，在382.35eV和391.00eV处发现了明显的U4f7/2和U4f5/2键能峰，表明铀酰离子成功负载到了nZVI@CF800上。
图13为实施例2制备的碳基材料吸附铀离子前后的高分辨率U 4f光谱图。从图13可知，U(VI)的4f7/2和4f5/2峰位于382.57eV和393.40eV处，而相应的U(IV)峰出现在381.75eV和392.48eV处。此外，根据峰面积拟合，我们计算出U(VI)峰强度与U(IV)峰强度比值为43.2：56.8，从而证实了U(VI)的还原。
图14为实施例2制备的碳基材料吸附铀离子前后的XRD图谱。由图14可知，在26.01°处nZVI@CF800-U中仍存在碳毡基底的特征峰(002)，表明在吸附材料和UO2 2+作用过程中碳毡基底相对稳定。吸附后在14.16°处的特征峰对应于FeOOH的(020)晶面(参照标准卡JCPDs No.70-0714)，在35.68°处特征峰对应于Fe2O3的(119)晶面(参照标准卡JCPDsNo.25-1402)，这表明Fe0吸附还原UO2 2+时被氧化为FeOOH和Fe2O3。同时，在12.03°和28.28°处出现的高峰分别对应UO3·2H2O的(002)晶面(参照标准卡JCPDs No.18-1436)和UO2的(111)晶面(参照标准卡JCPDs No.41-1422)，这可能是由于FeOOH羟基的协同络合UO2 2+的水解沉淀和Fe0对UO2 2+的还原作用导致的，这表明nZVI@CF800成功对UO2 2+进行了吸附和还原。
测试例3
称取70mg的实施例2制备的碳基材料(nZVI@CF800，具体为厚度为3mm，尺寸为5*20mm)，加入到装有50mL 10mg/L的不同pH值的含铀离子水溶液的烧杯中(含铀离子水溶液的pH值为2～7)，在氩气气氛水浴恒温25℃的条件下进行吸附5h，反应进行时每隔30min取上清液，采用偶氮砷III分光光度法检测吸附前后铀离子的浓度。测试结果如下所示。
图15为不同pH条件下实施例2制备的碳基材料对铀离子的吸附效果图。由图15可知，由于在碱性环境下铀酰会自发进行沉淀，所以从图15中可以看出nZVI@CF800吸附材料在酸性、中性的环境下都能很好的吸附还原铀酰净化水中污染物，具有良好的稳定性。
测试例4
称取70mg的实施例2制备的碳基材料(nZVI@CF800，具体为厚度为3mm，尺寸为5*20mm)，加入到装有50mL 10mg/L的含铀离子水溶液的烧杯中，在氩气气氛、不同水浴恒温温度条件下进行吸附1.5h，反应进行时按照一定时间间(如图16所示)隔取上清液，采用偶氮砷III分光光度法检测吸附前后铀离子的浓度。测试结果如下所示。
图16为不同吸附温度下实施例2制备的碳基材料对铀离子的吸附效果图。由图16可知，nZVI@CF800吸附材料环境温度适应广泛，在不同的温度条件下都可以在极短时间内去除绝大部分铀酰离子。
测试例5
称取70mg的实施例2制备的碳基材料(nZVI@CF800，具体为厚度为3mm，尺寸为5*20mm)，加入到装有不同浓度的含铀离子水溶液的烧杯中，在氩气气氛水浴恒温25℃的条件下进行吸附2h，反应进行时按照一定时间间隔(如图17所示)取上清液，采用偶氮砷III分光光度法检测吸附前后铀离子的浓度。测试结果如下所示。
图17为实施例2制备的碳基材料针对不同浓度铀离子的吸附效果图。由图17可知，nZVI@CF800吸附材料对于高浓度的铀酰离子溶液同样具有极好的去除效果。
测试例6
对实施例2所述碳基材料(nZVI@CF800)对铀酰离子的选择性进行测试，测试方法为：
分别称取70mg的实施例2制备的碳基材料nZVI@CF800(具体为厚度为3mm，尺寸为5*20mm)，加入到装有50mL40mg/L的含铀离子和0.001mol/L不同阴、阳离子水溶液的烧杯中，在氩气气氛水浴恒温25℃的条件下进行吸附，吸附3h后取上清液，采用偶氮砷III分光光度法检测吸附前后铀酰离子的浓度。测试结果如下所示。
图18为不同阳离子条件下实施例2所述碳基材料对铀离子的吸附效果图。由图18可知，与只含有40mg/L铀酰离子的对照组相比，所有阳离子对nZVI@CF800去除UO2 2+的影响均较小，UO2 2+的去除率均可达到90％以上。
图19为不同阴离子条件下实施例2所述碳基材料对铀离子的吸附效果图。由图19可知，阴离子中除了CO3 2-，nZVI@CF800对UO2 2+的去除率仍可达到90％以上。这主要是由于UO2 2+能与CO3 2-结合形成具有显著稳定系数的碳酸铀酰配合物，阻碍吸附材料与UO2 2+的反应，因此CO3 2-表现出一定的抑制作用。从以上分析中可以明显看出，nZVI@CF800对UO2 2+具有优异的选择性，并具有很大的实际应用潜力。
测试例7
对实施例2制备的碳基材料(nZVI@CF800)针对海水中铀的提取能力进行测试，测试方法为：
分别称取70mg的实施例2制备的碳基材料nZVI@CF800(具体为厚度为3mm，尺寸为5*20mm)，加入到装有50mL 5mg/L的含铀离子模拟海水的烧杯中，在氩气气氛水浴恒温25℃的条件下吸附3h，反应进行时按照一定时间间隔(如图20所示)取上清液，采用偶氮砷III分光光度法检测吸附前后铀酰离子的浓度。测试结果如下所示。
图20为实施例2制备的碳基材料针对海水中铀的提取能力测试结果图。由图20可知，nZVI@CF800在50mL铀酰离子浓度为5mg/L的模拟海水中吸附180min后，UO2 2+去除率达到94.25％，铀吸附容量达到62.66mg/g，证明nZVI@CF800在模拟海水中仍对UO2 2+具有优异的吸附性能。因此，nZVI@CF800在海水提铀领域中具有良好的应用前景。
测试例8
对实施例2制备的碳基材料(nZVI@CF800)的循环性能进行测试，测试方法为：
分别称取70mg的实施例2制备的碳基材料nZVI@CF800(具体为厚度为3mm，尺寸为5*20mm)，加入到装有50mL 40mg/L的含铀离子水溶液的烧杯中，在氩气气氛水浴恒温25℃的条件下进行吸附，吸附3h后取出nZVI@CF800，并将其放在装有50mL的0.5mol/L碳酸钠洗脱剂的烧杯中，室温下进行浸泡解吸，解吸3h后取出，再直接放入装有50mL40mg/L的含铀离子水溶液的烧杯中在相同条件下吸附3h进行循环性能测试。上述过程在反应进行时按照一定时间间隔(如图21所示)取上清液并采用偶氮砷III分光光度法检测铀酰离子的浓度。测试结果如下所示。
图21为实施例2制备的碳基材料三个循环周期试验后对铀离子的吸附效果图。由图21可知，经过三个循环周期试验后，nZVI@CF800的UO2 2+去除率仍优于80％，并且与其他粉末状吸附剂相比，nZVI@CF800方便操作，更有利于实现铀资源的回收。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种碳基材料，包括碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的纳米零价铁颗粒。
2.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，所述碳基材料中纳米零价铁颗粒的质量含量为4～6％。
3.根据权利要求1或2所述的碳基材料，其特征在于，所述纳米零价铁颗粒的粒径为200～300nm。
4.权利要求1～3任一项所述碳基材料的制备方法，包括以下步骤：
将铁氰化钾、葡萄糖、pH调节剂和水混合，得到前驱液；
将所述前驱液和碳材料混合，进行水热反应，得到碳基材料前驱体；
将所述碳基材料前驱体进行炭化，得到所述碳基材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料由碳纤维组成；所述碳材料、铁氰化钾与葡萄糖的质量比为1:2～3:1。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为110～130℃，时间为4～6h。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述炭化的温度为700～1000℃，时间为6～8h。
8.权利要求1～4任一项所述碳基材料或权利要求5～7任一项所述制备方法制备得到的碳基材料在净化含铀废水中的应用。
9.一种含铀废水净化方法，包括以下步骤：
将碳基材料和含铀废水混合进行吸附；所述碳基材料为权利要求1～4任一项所述碳基材料或权利要求5～7任一项所述制备方法制备得到的碳基材料。
10.根据权利要求9所述含铀废水净化方法，其特征在于，所述碳基材料和含铀废水的固液比为1.2～1.6g/L。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310850416.1A CN116832777A (zh) | 2023-07-12 | 2023-07-12 | 一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310850416.1A CN116832777A (zh) | 2023-07-12 | 2023-07-12 | 一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116832777A true CN116832777A (zh) | 2023-10-03 |
Family
ID=88174118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310850416.1A Pending CN116832777A (zh) | 2023-07-12 | 2023-07-12 | 一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116832777A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117174884A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-05 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 复合补锂材料及其制备方法、正极极片、电池、用电装置 |
-
2023
- 2023-07-12 CN CN202310850416.1A patent/CN116832777A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117174884A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-05 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 复合补锂材料及其制备方法、正极极片、电池、用电装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | A novel stabilized carbon-coated nZVI as heterogeneous persulfate catalyst for enhanced degradation of 4-chlorophenol | |
| Wu et al. | Rapid and effective removal of uranium (VI) from aqueous solution by facile synthesized hierarchical hollow hydroxyapatite microspheres | |
| Zhang et al. | Carbothermal reduction for preparing nZVI/BC to extract uranium: insight into the iron species dependent uranium adsorption behavior | |
| CN111203180B (zh) | 一种磁性生物炭复合吸附剂及其制备方法和应用 | |
| CN108079949B (zh) | 利用磁性猪粪生物炭去除水体中铅的方法 | |
| Zheng et al. | Banana peel carbon that containing functional groups applied to the selective adsorption of Au (III) from waste printed circuit boards | |
| CN116832777A (zh) | 一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法 | |
| CN106582654A (zh) | 一种新型碳基材料负载尖晶石的催化剂及其制备方法 | |
| CN112978983B (zh) | 基于铁基生物炭的重金属络合废水处理及其资源化工艺 | |
| Chen et al. | Removal of uranium (VI) from aqueous solution by Mg (OH) 2-coated nanoscale zero-valent iron: Reactivity and mechanism | |
| CN114082432A (zh) | 一种利用高铁酸盐为铁源制备的铁氮共掺杂多孔碳及其制备方法和应用 | |
| CN111871361A (zh) | 环境修复材料及其制备方法和应用 | |
| Yan et al. | Simultaneous oxidation of As (III) and reduction of Cr (VI) by NiS-CdS@ biochar through efficient oxalate activation: The key role of enhanced generation of reactive oxygen species | |
| Hu et al. | Removal of U (vi) from aqueous solutions by an effective bio-adsorbent from walnut shell and cellulose composite-stabilized iron sulfide nanoparticles | |
| Zhang et al. | Construction of dopamine supported Mg (Ca) Al layered double hydroxides with enhanced adsorption properties for uranium | |
| Liu et al. | Carbon-modified/embedded zero-valent aluminum microparticles will control electron release for efficient adsorption and degradation of aqueous pollutants | |
| CN110734119B (zh) | 一种纳米零价铁镍同步脱氮除磷的水处理方法 | |
| CN112086298A (zh) | 一种改性活性炭/四氧化三铁复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN116139823A (zh) | 一种MXene复合材料及其制备方法和应用 | |
| Guo et al. | Carbon fiber supported and N-doped carbon encapsulated nZVI for synergistically adsorbing and reducing uranium | |
| CN115448439A (zh) | 一种纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料联合氧化剂去除水体硝态氮的方法 | |
| CN113023823A (zh) | 一种用于净化含砷重金属溶液的复合材料的制备方法 | |
| CN109908868B (zh) | 一种铁基多孔吸附材料及其制备方法以及在废水处理中的应用 | |
| CN112758923A (zh) | 一种糖液制备磁性活性炭的方法 | |
| CN117299091B (zh) | 一种腐殖酸功能化碳亚微米球及其制备方法与其在重金属污染土壤再生中的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |