[发明专利]一种可良好吸附放射性核素铀的硅包覆炭化含氮炭基吸附材料及其使用方法

说明书

本发明涉及一种可良好吸附放射性核素铀的硅包覆炭化含氮炭基吸附材料，其以葡萄糖、四乙烯五胺按照一定配比进行水热合成再经包硅、炭化处理后得到，更适用于含放射性废水中微量铀的去除和提取。

技术领域

本发明涉及一种可良好吸附放射性核素铀的硅包覆炭化含氮炭基吸附材料及其使用方法，用于含微量放射性核素铀废水净化和微量铀提取。

背景技术

能源短缺是人类社会发展面临的严峻问题，需要不断寻找新型洁净的能源。核电的可持续发展需要解决核安全和环境友好等关键问题，铀是具有天然放射性的元素，广泛的应用于工业、农业和国防等众多领域中，铀及其化合物是核工业中不可或缺的重要原料之一，核能的快速发展与应用在给人类社会带来巨大经济效益和社会效益的同时，因含放射性废水的量越来越大，对环境也带来了严重的威胁。铀对生物体也存在很大的毒性，放射性核素铀进入人体后，主要蓄积与肝脏、肾脏和骨骼中，会对人类健康造成伤害，可引起急性或慢性中毒，诱发多种疾病，因此人们越来越重视废水中铀的去除及回收利用。

从乏燃料中分离铀，既可以充分利用有限的铀资源，又可以降低后续处理难度，减少处置费用。此外，勘探、开采、冶炼等操作过程都会产生含铀废水，导致环境污染。如果铀在环境中大量累积，作为兼有化学毒性和放射性毒性的金属离子，可能改变环境本底辐射，造成物种基因畸变，对人类的生存和发展构成潜在的威胁。因此，在对环境进行重金属治理的同时，加强对含铀废水的处理也日益受到关注。此外，由于核电迅猛发展，铀需求量剧增，陆地铀资源不足的问题摆在了人们面前。而海水中的铀含量十分丰富，多达45亿吨，是已知陆地铀矿储量的约4500倍，海水有可能成为将来人类所需核燃料铀的主要来源。综上所述，从水体中分离、回收铀具有非常重要的现实意义，因此，如何更好地寻找一种可以处理放射性废水中的铀以及提取海水中微量铀，已成为当今形式下一种迫切需要解决的问题。目前对放射性核素铀的处理方法主要有化学沉淀法、蒸发浓缩法、离子交换法、吸附法和膜处理法等，其中以吸附法应用最多。吸附剂种类繁多且来源广泛，常用的吸附剂有活性炭、沸石、高岭土、粘土等。吸附法具有成本低、处理效果高、二次污染少等优点，且吸附剂可再生使用，吸附后的铀也可以再利用。但是，上述吸附材料吸附性能单一，吸附量有限，其表面如能连有具有孤对电子的N-基，表面带有负电性-OH、C＝O，可以通过配位键，氢键和静电作用吸附金属离子，可在一定程度上增加对微量铀的吸附容量，从而更有效地从废水中提取或去除微量铀离子。进一步经硅包覆制备的硅包覆含氮炭基吸附材料，可增强吸附材料的疏水性能，经高温炭化处理可提高吸附材料的稳定性，硅包覆炭化含氮炭基吸附材料易于分离，回收、再生处理方便，在含放射性微量铀废水净化和微量铀提取方面有着巨大的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可良好吸附放射性核素铀的硅包覆炭化含氮炭基吸附材料，其以葡萄糖、四乙烯五胺按照一定配比进行水热合成再经包硅、炭化处理后得到，更适用于含放射性废水中微量铀的去除和提取。

本发明制备的硅包覆炭化含氮炭基吸附材料，包括以下步骤：

a.将反应单体葡萄糖、四乙烯五胺按3:1～9:1摩尔比混合搅拌均匀后，装入反应釜，于170～190℃反应15～24小时，进行水热合成，得到的固体混合物用去离子水反复浸泡、洗涤，最后用无水乙醇进行洗涤，至滤液无色透明，洗涤后的粉状固体物在80℃烘干，获得含氮炭基吸附材料；

b.将上述步骤a获得的含氮炭基吸附材料按10mg:3ml固液比分散在乙醇溶液中，用氨水调节pH为7～8，在磁力搅拌器上，转速为500r/min条件下逐渐分次加入正硅酸乙酯共10mL，此过程均在磁力搅拌器上进行，转速为500r/min，离心过滤，在80℃下干燥，得到硅包覆含氮炭基粉体复合材料；

c.将上述步骤b得到的硅包覆含氮炭基粉体复合材料放入管式炉中，在氮气气氛下炭化处理，120℃保持120min、200℃保持40min、300℃保持120min、400℃保持160min，最终得到硅包覆炭化含氮炭基吸附材料。