[发明专利]磁性纳米Fe3O4生物催化制备法及其在含铀废水处理中的应用

说明书

技术领域

本发明属于资源利用与环境保护领域，特别涉及生物催化法制备磁性纳米Fe₃O₄粒子及其在含铀废水处理中的应用。

背景技术

铀作为核电的主要燃料，又是国防建设所急需的战略物质。随着核电持续、安全发展和国防建设（核军工）的不断转型升级，我国对天然铀的年需求量逐年递增，铀供应仍将面临巨大压力。为了满足军用和民用对铀资源日益增长的需求，必须加大对铀矿资源的开采和选冶力度。

然而，以目前的工艺条件、技术和方法，在铀矿冶过程中产生的废水中低含量铀仍然得不到充分的处理，最终的排出水中含铀浓度高达0.1~0.2 mg/L，是我国国家规定的允许排放浓度的12.5~25倍，更是天然水体中浓度的2000~4000倍。在被铀污染的含铀废水中，铀的主要是以溶解态的六价铀酰离子或多种氢氧化双氧铀离子和碳酸铀酰盐化合物等形式存在。溶解在水体中的六价铀将会通过食物链最终进入人体，蓄积在体内的肝脏、肾脏和骨骼中，以化学毒性和内辐照方式对人体造成放射性损伤，从而诱发多种疾病。因此，研究含铀废水的处理新方法，极力降低铀对人类生存环境的危害具有十分重要的战略意义。

目前，我国处理含铀废水的方法主要有吸附法、蒸发浓缩法、混凝沉淀法和离子交换法。其中，吸附法是一种极具应用前景的方法，能克服其他传统方法的诸多不足。

磁性纳米Fe₃O₄作为磁性材料家族中重要的一份子，由于其独特的磁性、强化学稳定性、生物无毒性及可循环利用性，在磁性流体制备、生物分离与提纯、磁共振成像和环境有毒有害物质净化处理等方面得到广泛应用，特别是磁性纳米Fe₃O₄结构具有较大的比表面积，与其它吸附材料复合后，使其具有强的吸附能力和良好的分离特性，因此广泛应用于处理废水中重金属等领域中。近年来，关于磁性纳米Fe₃O₄及其功能化修饰改性在含铀废水中的吸附研究日益增多。

磁性纳米Fe₃O₄的制备方法主要包括液相合成法和固相合成法2类，具体如热分解法、微乳液法、水热法、微乳-水热法、溶胶-凝胶法、沉淀法和有机物模板法。目前，热分解、沉淀法、水热法和微乳液法是研究较多的几种制备方法。

在现有的磁性纳米Fe₃O₄粒子制备方法方面，存在着反应条件十分苛刻（如需强酸或强碱的反应条件），反应时间长，成本高，使用的化学试剂（如氧化剂）溶液容易对反应仪器和设备造成较大腐蚀等问题。同时，在磁性纳米Fe₃O₄粒子制备过程中，大多数都是使用亚硝酸盐等化学试剂作为催化氧化剂，使二价铁氧化成三价铁，继而生成纳米Fe₃O₄粒子。但是，亚硝酸盐属于致癌物质，其使用极易造成环境污染，并对人类生存环境造成极大威胁。

发明内容

本发明的目的是提供一种生态、环保型的生物催化制备磁性纳米Fe₃O₄粒子新方法及其在含铀废水处理中的应用，具体是通过生物催化氧化剂代替传统的化学氧化剂（亚硝酸盐），合成一种新型的生物聚合硫酸铁溶液，在碱性环境下通过化学沉淀法制备合成磁性纳米Fe₃O₄粒子，并将其应用在含铀废水中对铀的吸附应用。

本发明提供的生物催化制备磁性纳米Fe₃O₄粒子新方法，是以培养、驯化所得的氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans，A.f）作为生物催化氧化剂，代替传统的化学氧化剂（亚硝酸盐），合成新型的生物聚合硫酸铁溶液，在碱性环境下通过化学沉淀法制备合成磁性纳米Fe₃O₄。并将制备合成的磁性纳米Fe₃O₄粒子应用于含铀废水的吸附应用中，并通过调节铀标准溶液的浓度、溶液的pH值和磁性纳米Fe₃O₄粒子的投入量等因素，考察磁性纳米Fe₃O₄粒子对含铀废水中铀的吸附效果。

具体步骤如下：

（1）氧化亚铁硫杆菌的培养、驯化