[发明专利]一种氨基修饰磁性稻壳生物炭的制备及利用其吸附水体中铀的方法

说明书

本发明公开了一种氨基修饰磁性稻壳生物炭的制备及利用其吸附水体中铀的方法，属于环境工程领域。以稻壳为原料，在通氮气条件下以5℃min^‑1升温至500℃热解，用超纯水洗涤去除灰分后烘干、研磨、过筛获得稻壳生物炭，之后在冰水浴条件下与浓硫酸浓硝酸充分混合，反应物冷却至室温抽滤，用超纯水和乙醇洗涤至中性，加入氨水和超纯水混合液，并加入硫代硫酸钠搅拌，之后加入冰醋酸加热至80℃并升温回流，然后抽滤，用超纯水和乙醇洗涤至中性，烘干获得氨基修饰生物炭，将其与Fe₃O₄颗粒按质量比2:1在80℃条件下混合反应，最终获得氨基修饰磁性生物炭。本发明制备的氨基修饰磁性稻壳生物炭，原料来源广、成本效益显著且便于回收再利用，适合于含铀废水的治理。

技术领域

本发明属于环境工程领域，具体涉及一种氨基修饰磁性稻壳生物炭的制备及利用其降低水体中铀的方法。

背景技术

核能作为一种绿色能源已受到世界各国的广泛关注和使用，其中以U(VI)(铀)作为主要核燃料的铀矿开发利用活动日趋频繁，据统计目前全球核铀矿的产量高达200多亿吨。然而，在U(VI)的开发、冶炼及使用过程中会产生大量的含U(VI)废水，由于铀具有放射性同时又难以被降解，直接对生态环境和人类健康构成潜在威胁，因此对含U(VI)废水的有效处置十分迫切和必要。

吸附法是一种简单、高效的废水处理方法，近年来已被应用于处理含U(VI)废水。目前，国内外常用的吸附剂有蒙脱石、高岭土、壳聚糖、氧化石墨烯、纳米零价铁及生物炭等。蒙脱石、高岭土作为天然粘土矿物，其内部含有丰富的孔隙结构和表面官能团，对放射性污染物有较强的吸附能力，但天然粘土矿物资源有限，其进一步广泛应用受到限制。壳聚糖、氧化石墨烯、纳米零价铁作为人工合成化合物，具有选择性好、吸附容量高、对污染物的针对性强、可控性好等优点，但其成本高并可能对水体造成二次污染，从而限制了其的广泛使用。生物炭作为一种可实现废弃物资源化利用且环境友好的吸附材料正得到广泛关注，已逐渐成为为水环境中重金属去除要应用和研究的吸附剂。

生物炭主要通过农业废弃物如秸秆、稻壳等生物质材料在厌氧热解条件下制备，具有丰富的孔径及较高的比表面积，可以通过孔隙填充、静电吸附、π-π作用等吸附污染物，但由于其表面官能团单一、选择吸附性差等缺点限制了其对特定金属元素的吸附效率和能力，其吸附容量、吸附效率仍旧有待提高，且在对于水体污染修复过程中生物炭的回收再利用仍存在困难，若对生物炭进行适当的功能修饰增加吸附性能和赋予磁性，则可以帮助克服以上不足。近年来，我国也陆续开展了不同生物炭对有重金属的去除技术的开发和研究工作。如CN104226250A公布了一种重金属铜和铬生物炭吸附剂的制备方法及其产品，该技术对于铜、铬有较好的吸附能力，但是该工艺对于温度和原料的粒径要求较高，且蚯蚓粪便原料数量少、获取难，大面积推广价值缺乏。CN108311117公布了一种用于重金属废水处理的磁性生物炭材料及其制备方法，该方法使用了BiFeO₃有别于传统磁化材料能够增强生物炭的光催化能力，但在制作BiFeO₃时涉及到多个溶液混合及温度控制等步骤，此外还引入了壳聚糖等物质，制备难度加大，成本效益不高。CN106378094A公布了一种氨基载铁复合改性生物炭的制备方法，对水中铜的吸附效果较好，但其制备过程中热解温度高、需调节pH、获得零价铁负载的实际操控难度大，以上对生物炭的稳定性和制备成本上都提出了挑战。目前仍旧缺乏针对水中U(VI)吸附的生物炭材料开发应用的研究，而且基于现有的一些研究和专利，亟待寻求一种制备工艺简单、原料广泛、制备的溶剂或物质容易获取、成本低廉、对U(VI)吸附性能强并具有回收性的改性生物炭。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题针对之前的不足，开发一种吸附容量高、原料广泛、制备工艺简单，成本可控、回收方便、可用于废水中重金属U(VI)吸附的氨基修饰磁性稻壳生物炭的制备方法，同时提供一种应用于处理废水中重金属U(VI)的方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是提供一种氨基修饰磁性稻壳生物炭的制备方法，其由以下方法制备得到：