[发明专利]一种利用石墨烯负载纳米零价铁复合材料去除放射性钴的方法

说明书

技术领域

本发明属于放射性废物处理技术领域，特别涉及一种利用石墨烯负载纳米零价铁复合材料去除放射性钴的方法。

背景技术

放射性废物的安全处理处置是当今世界面临的重大环境问题之一。其中，放射性核素⁶⁰Co是核反应装置中的中子活化产物，又是医用γ放射源，可应用于放射性治疗及化学治疗。⁶⁰Co具有毒性较大、半衰期较长（5.27年）、γ射线能量高（平均1.25MeV）等特点，如不妥善处置将对环境及人类健康造成极大的影响。

目前放射性废水的主要处理技术有化学沉淀法、蒸发浓缩法、离子交换法、土壤渗滤、膜处理法、吸附法、氧化还原法、生物技术、植物修复等。其中，吸附法处理效率较高，处理较彻底，并且经济效益较高。近年来采用新型石墨烯材料作为吸附剂受到了广泛的关注。石墨烯是一种新型二维碳材料，由碳原子六元环的平面结构构成，具有非常大的理论比表面积（2630m²/g）；其表面存在大量的环氧基团、羟基、羧基等含氧基团，具有吸附容量大、吸附迅速等特点。Romanchuk等人（Physical chemistry chemical physics:PCCP,2013年第15卷第2321页）报道了氧化石墨烯（GO）去除锕系元素和镧系元素等放射性同位素，包括Am(III)、Th(IV)、Pu(IV)、Np(V)、U(VI)、Sr(II)、Eu(III)和Tc(VII)。但是由于氧化石墨烯的表面能较高，易发生团聚，并且分散于水中后难以从水溶液中分离出来，因此有必要对其进行表面改性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用石墨烯负载纳米零价铁复合材料去除放射性钴的方法。

纳米零价铁具有磁性、颗粒尺寸小、比表面积大、表面活性大、还原能力强等优点，可将在金属活动顺序表中排于其后的金属置换出来而沉积在其表面，从而达到去除污染物的目的。将纳米零价铁负载在石墨烯表面，可阻止纳米材料的团聚，保持复合材料中各组分的反应活性，从而促进材料对放射性核素的去除能力。将石墨烯负载纳米零价铁复合材料应用于放射性核素污染水体治理中，既可高效快速去除核素，又可用磁分离法将其回收，展现出了巨大的应用潜力。

一种利用石墨烯负载纳米零价铁复合材料去除放射性钴的方法，具体步骤如下：

（1）首先将1–2g可膨胀石墨加入反应容器中，加入浓硫酸，浓硫酸与石墨的质量比为70:1–200:1，在冰水浴中搅拌10–30min；缓缓加入高锰酸钾，高锰酸钾与石墨的质量比为1.5:1–6:1，保持体系温度不超过15℃；反应完毕后撤出冰水浴，在温度34-36℃下恒温搅拌3天；然后分三次加入去离子水，第一次加入40mL，在59-61℃下搅拌30–60min，第二次加入40mL，在89-91℃下保持30–60min，第三次直接加入40mL去离子水；最后加入30wt%的H₂O₂，H₂O₂与石墨的质量比为4.5:1–13.5:1，趁热在10000–12000r/min下离心30min，弃去上清液，用体积比为1:10的盐酸和蒸馏水离心洗涤，制得氧化石墨烯，冷冻干燥备用；

（2）将步骤（1）制得的氧化石墨烯置于去离子水中，超声分散；加入FeSO₄·7H₂O溶液，搅拌并通入氩气使之处于无氧状态；然后滴入KBH₄溶液，KBH₄溶液与FeSO₄·7H₂O溶液的体积比为1:1–2.5:1，浓度比范围为5:1–20:1；反应过程中鼓入氩气保持反应在无氧状态下进行；反应1–2h后，用去离子水和无水乙醇洗涤离心，真空干燥后即制得石墨烯负载纳米零价铁复合材料，其中零价铁和氧化石墨烯的质量比为1:4–4:1。

（3）将制得的石墨烯负载纳米零价铁复合材料加入到含有放射性核素⁶⁰Co的废水中，然后恒温振荡。

所述恒温振荡的时间为4–24h；温度为20–30℃。

废水中⁶⁰Co的浓度为10–407mg/L。

废水的pH值为4–9。

所述石墨烯负载纳米零价铁复合材料的用量为0.05–0.4g/L。