多孔有序二氧化硅泡沫材料在處理廢水中放射性核素鈾中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于放射性核素治理的領(lǐng)域，特別涉及一種多孔有序二氧化硅泡沫材料(Macroporous Ordered Siliceous Foams簡寫為M0SF)處理廢水中放射性核素鈾的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的不斷進(jìn)步，人類對于能源的開發(fā)和利用也在不斷的進(jìn)步中。核能是近代新開發(fā)利用的能源，核能作為較清潔的能源，有著效能高的優(yōu)點(diǎn)。核電站是人類使用核能將其轉(zhuǎn)變成人類可利用的電能的最常用且使用最廣泛的方式，但是隨之帶來的放射性污染的問題同樣困擾著人類。同樣地，在鈾礦等含有放射性核素礦山開采以及冶煉的過程中產(chǎn)生的放射性廢物，不僅給人類賴以生存的環(huán)境帶來污染，在生產(chǎn)過程中排放的放射性核素也是一種資源的浪費(fèi)。目前，處理放射性廢水的主要機(jī)理是將中低水平的放射性廢水中的放射性物質(zhì)富集成為高放射性水平的廢水，其余廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)行下一步的處理或者排放。吸附法處理放射性廢水不會給水體帶來二次污染物質(zhì)，吸附劑與放射性核素形成的沉淀物質(zhì)可以較容易的與水體分離。且通過脫附過程，可以將廢液中的放射性核素重新資源化利用。
[0003]吸附法去除廢水中放射性核素中吸附劑的選擇極其重要。如文獻(xiàn)I (Shao D, HouG, Li J, et al.Chemical Engineering Journal, 2014，255 (7): 604 - 612.)使用石墨稀吸附水體中鈾酰離子，該方法對水體中放射性核素鈾離子的去除有一定的效果，但是受到石墨稀表面帶有的官能團(tuán)限制，吸附量較低；文獻(xiàn)2 (Nilchi A, Babalou A A, Rafiee R, etal.Reactive&Funct1nal Polymers, 2008，68(12):1665 - 1670.)使用樹脂吸附水中鈾酰離子，雖然樹脂經(jīng)表面改性后帶有的官能團(tuán)對鈾酰離子具有選擇性吸附，但是效果仍不太理想，且吸附
[0004]速率較慢，其主要原因是材料本身的結(jié)構(gòu)不利于吸附。
[0005]文獻(xiàn)3 (Wang H, Zhou X，Yu M, et al.J.am.chem.soc, 128 (50): 15992-15993.)報(bào)道了一種多孔有序二氧化硅泡沫材料M0SF，該材料具有大尺寸的孔道結(jié)構(gòu)，因此多用于藥物轉(zhuǎn)運(yùn)領(lǐng)域。材料MOSF孔容較大，且表面帶有硅羥基，空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，故可作為吸附劑應(yīng)用于吸附領(lǐng)域。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為解決放射性廢水污染問題，本發(fā)明提出以一種多孔有序二氧化硅泡沫材料為吸附劑吸附廢水中放射性核素鈾。
[0007]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
[0008]—種多孔有序二氧化硅泡沫材料在處理廢水中放射性核素鈾的應(yīng)用。
[0009]其中，所述的多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)采用溶膠-凝膠法合成。
[0010]所述的多孔有序二氧化硅泡沫材料在廢水中的添加量為0.02mg/ml，廢水的pH值為2?80
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是:
[0012](I)以多孔有序二氧化硅泡沫材料作為放射性核素鈾的吸附劑，充分利用材料的大比表面積及孔容；
[0013](2)本發(fā)明的多孔有序二氧化硅泡沫材料對廢水中放射性核素鈾的去除效果好，去除率可達(dá)99%，體現(xiàn)出多孔有序二氧化硅泡沫材料對廢水中鈾離子良好的去除能力，降低了放射性廢水對環(huán)境的危害；
[0014](3)本發(fā)明的多孔有序二氧化硅泡沫材料應(yīng)用完畢后可直接從水中過濾分離，不會產(chǎn)生二次污染；
[0015](4)本發(fā)明的多孔有序二氧化硅泡沫材料吸附放射性核素后可進(jìn)行脫附，并反復(fù)使用，對于資源化再利用具有重要意義。
【附圖說明】
[0016]圖1是初始pH的不同對多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除廢水中放射性核素鈾效果影響曲線圖。
[0017]圖2是時間對多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除廢水中放射性核素鈾效果影響曲線圖。
[0018]圖3是初始濃度對多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除廢水中放射性核素鈾效果影響曲線圖。
[0019]圖4是多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)經(jīng)洗脫后吸附量柱狀圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。
[0021]實(shí)施例1
[0022]討論初始pH的不同對多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除廢水中放射性核素鈾效果的影響:
[0023]配制8份10mL鈾濃度為100mg/L的模擬廢水，研究不同初始pH的影響，用ΗΝ03、NaOH溶液調(diào)節(jié)初始鉛溶液pH為2、3、4、5、6、7、8，分別加入多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF) 0.020g，置于180r/min恒溫振蕩箱中振蕩2小時，溫度控制在25°C。反應(yīng)結(jié)束后取樣過濾，測定放射性核素鈾的含量，計(jì)算去除效果。由計(jì)算結(jié)果得知，pH為6時去除率最高。pH過低不利于鈾的去除，如圖1。pH小于5時，溶液中鈾離子以鈾酰狀態(tài)存在；pH大于5時，溶液中的鈾離子出現(xiàn)絡(luò)合現(xiàn)象，因此選擇最佳PH為4。
[0024]實(shí)施例2
[0025]討論時間對多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除廢水中放射性核素鈾效果的影響:
[0026]配制6份10mL鈾濃度為100mg/L的模擬廢水，研究時間的影響，將各溶液用ΗΝ03、NaOH溶液調(diào)制實(shí)施例1中的最佳pH，分別加入多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)0.020g，溫度控制在25 °C，置于180r/min恒溫振蕩箱中，按反應(yīng)時間10、20、30、40、60、70、80、10min取樣過濾，測定鈾離子的含量，計(jì)算吸附量。由計(jì)算結(jié)果可知，在一定時間內(nèi)隨著時間的增加，材料對放射性核素鈾的吸附量逐漸增加，當(dāng)時間多40min吸附量基本保持不變。說明多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除廢水中放射性核素鈾在較短時間內(nèi)即可達(dá)到較好去除效果，如圖2。實(shí)施例3
[0027]討論初始濃度對多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除廢水中放射性核素鈾效果影響:
[0028]配制6份10mL鈾濃度分別為50、75、100、150、200、250、300mg/L的模擬廢水，研究鈾離子濃度的影響，將各溶液用HNO3、NaOH溶液調(diào)制實(shí)施例1中的最佳pH，分別加入多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF) 0.020g，溫度控制在25°C，置于180r/min恒溫振蕩箱中反應(yīng)10min取樣過濾，測定鈾離子的含量，計(jì)算吸附量。由計(jì)算結(jié)果可知，隨著溶液中鈾離子濃度增加，材料對放射性核素鈾的吸附量逐漸增加，說明多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)去除高濃度的含鈾廢水有較好去除效果，如圖3。
[0029]實(shí)施例4
[0030]討論多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)脫附可再生性:
[0031 ] 將吸附鈾離子后的材料過濾，使用10mL濃度為2mol/L HNO3溶液對材料進(jìn)行脫附，脫附后的材料再次進(jìn)行吸附，條件與實(shí)例2中相同。反復(fù)進(jìn)行三次脫附，研究多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)的可再生性。由計(jì)算結(jié)果可知，經(jīng)硝酸洗脫后的材料對鈾離子仍有吸附效果，說明多孔有序二氧化硅泡沫材料(MOSF)作為吸附劑具有可再生性，如圖4。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多孔有序二氧化硅泡沫材料在處理廢水中放射性核素鈾的應(yīng)用。2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的多孔有序二氧化硅泡沫材料采用溶膠-凝膠法合成。3.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的多孔有序二氧化硅泡沫材料在廢水中的添加量不小于0.02mg/ml。4.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，廢水的pH值為2?8。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多孔有序二氧化硅泡沫材料在處理廢水中放射性核素鈾的應(yīng)用，所述的多孔有序二氧化硅泡沫材料在廢水中的添加量不小于0.02mg/ml，廢水的pH值為2～8。本發(fā)明的多孔有序二氧化硅泡沫材料對廢水中放射性核素鈾的去除效果好，去除率可達(dá)99％，表面多孔有序二氧化硅泡沫材料對廢水中鈾離子具有良好的去除能力，能夠降低放射性廢水對環(huán)境的危害。
【IPC分類】G21F9/12, G21F9/06
【公開號】CN105139910
【申請?zhí)枴緾N201510563637
【發(fā)明人】顏學(xué)武, 高馨梅, 胡霖, 陳冬, 李威, 姚宇健, 劉繼明, 汪炤, 劉穎, 楊毅
【申請人】南京理工大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月7日