[发明专利]一种选择性复合微球吸附材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种选择性复合微球吸附材料及其制备方法和在含铀核废水处理领域的应用，该材料制备步骤如下：（1）准备二氧化硅微球；（2）将二氧化硅微球分散至超纯水与N,N‑二甲基甲酰胺形成的混合溶液中，得到溶液A；（3）将羧甲基纤维素、硅烷偶联剂和N,N‑二甲基甲酰胺充分搅拌混合，得到溶液B；（4）将溶液A与溶液B混合反应，离心分离并洗涤干燥得到羧基改性二氧化硅微球；（5）将羧基改性二氧化硅微球和可溶性锌盐分散于甲醇溶液中，得到溶液C；优选地，所述的可溶性锌盐选用硝酸锌或六水合硝酸锌。（6）将2‑甲基咪唑分散于甲醇溶液中，得到溶液D；（7）将溶液C与溶液D混合搅拌，离心分离并洗涤干燥得到CMC‑SiO2@ZiF‑8复合微球吸附材料。

技术领域

本发明涉及核废水处理技术领域，具体地涉及一种选择性复合微球吸附材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会工业化的发展，对电量的需求量大幅度增加，传统的发电技术需要消耗大量的煤炭和石油等不可再生资源，煤炭和石油燃烧过程中产生的大量温室气体会加剧全球变暖，燃烧产生的硫氧化物、氮氧化物等有毒气体还会造成空气污染以及酸雨增多等环境问题。核能作为一种最有前景的战略资源，具有清洁高效的优点，因此在最近几十年间核能得到迅速发展，世界多国投入建设核电站并将核电作为主要电力来源之一。然而近些年来随着核电站的运营，一些问题也逐渐开始显现：核原料的开采以及核反应堆发电过程中会产生大量的放射性含铀废水，而这些核废水若不能有效处理，便会给人类及其生存环境带来严重威胁。

废水中放射性的铀，通常以可溶性铀酰离子（UO₂²⁺）的形式存在。目前，处理溶液中UO₂²⁺的方法主要有化学沉淀、电化学处理、溶剂萃取、氧化还原法、萃取色谱等，但这些处理方法成本较高，易产生二次污染。吸附技术具有操作便捷、成本低廉、处理效率高、选择性好等优点，被认为是从溶液中去除放射性铀元素最有前途的方法之一。对于核废水，一般的广谱吸附材料难以获得有效的吸附效果，因此更多的采用特异性吸附材料，对核废水中的各放射性组分依次去除，从而得到达到排放标准的核废水。如公开号为CN110787778A的专利文件提供的一种改性纤维球过滤吸附材料及其制备方法和应用，该专利将苯甲酸与H3BTC的混合物与硝酸铜、棉质纤维球一起进行水热反应，产物经过滤、洗涤、干燥得到改性纤维球过滤吸附材料，吸附材料不仅可以过滤除核废水中SS悬浮物和较大颗粒物杂质，对核素铀也可以达到较好的去除效果，可以简化核废水处理工艺，降低核废水处理成本，更加有效快速地去除核废水中的各类污染物。然而上述吸附材料对铀的特异性吸附效果不佳，在处理pH＝3、铀初始浓度为10mg/L的核废水时，需要较长的时间才能将核废水中的铀吸附至较低水平，实际应用存在一定的不足。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种选择性复合微球吸附材料及其制备方法，该复合微球吸附材料具有较大比表面积和较高的UO₂²⁺吸附活性，可以快速有效地降低核废水中的铀元素含量，优化现有的铀元素处理工艺。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种选择性复合微球吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）准备二氧化硅微球；

（2）将二氧化硅微球分散至超纯水与N,N-二甲基甲酰胺（DMF ）形成的混合溶液中，得到溶液A；

（3）将羧甲基纤维素、 硅烷偶联剂和 N,N-二甲基甲酰胺充分搅拌混合，得到溶液B；

（4）将溶液A与溶液B混合反应，离心分离并洗涤干燥得到羧基改性二氧化硅微球；

（5）将羧基改性二氧化硅微球和可溶性锌盐分散于甲醇溶液中，得到溶液C；优选地，所述的可溶性锌盐选用硝酸锌或六水合硝酸锌。

（6）将2-甲基咪唑分散于甲醇溶液中，得到溶液D；

（7）将溶液C与溶液D混合搅拌，离心分离并洗涤干燥得到CMC-SiO₂@ZiF-8复合微球吸附材料。