申请日2016.06.14
公开(公告)日2016.10.26
IPC分类号G21F9/10; G21F9/06
摘要
本发明公开了一种放射性含锶废水的处理方法，该方法包括以下步骤：首先向反应器中加入碳酸钠，搅拌，使得放射性废水中的锶离子与碳酸钠通过搅拌生成大粒径颗粒物，沉淀到反应器底部;然后将放射性废水进入膜分离器，同时投加Fe3+计的铁盐3.0mg/L，在曝气搅拌下继续反应生成颗粒物;最后将放射性废水用氧化石墨烯基复合膜进行反渗透分离，其中，氧化石墨烯基复合膜是氧化石墨烯复合聚多巴胺后在硅烷偶联剂预修饰的片状多孔载体上制备而成的，其膜层二维水通道小于0.45nm。该方法可以有效除去废水中的锶离子，效率高，操作简单。
权利要求书
1.一种放射性含锶废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向反应器中加入1000-2000mg/L的碳酸钠，搅拌，使得放射性废水中的锶离子与碳酸钠通过搅拌生成大粒径颗粒物，沉淀到反应器底部;
(2)然后将放射性废水进入膜分离器，同时投加Fe3+计的铁盐3.0mg/L，在曝气搅拌下继续反应生成颗粒物;
(3)最后将放射性废水用氧化石墨烯基复合膜进行反渗透分离，其中，氧化石墨烯基复合膜是氧化石墨烯复合聚多巴胺后在硅烷偶联剂预修饰的片状多孔载体上制备而成的，其膜层二维水通道小于0.45nm。
2.如权利要求1所述的一种放射性含锶废水的处理方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳酸钠的加入量为2000mg/L。
3.如权利要求1所述的一种放射性含锶废水的处理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述沉淀的时间为30-60min。
4.如权利要求1所述的一种放射性含锶废水的处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述氧化石墨烯基复合膜的制备方法包括以下步骤：
a)将管状多孔载体置于浓度为0.2mM的硅烷偶联剂乙醇溶液中浸泡，取出后在120-150℃下热处理0.5-2h，得到硅烷偶联剂预修饰的管状多孔载体;
b)将氧化石墨烯置于水中搅拌分散，加入三羟甲基氨基甲烷-盐酸溶液，调节溶液的pH至8-9，500-1000W功率下超声0.5-2h，得到氧化石墨烯分散液;
c)向步骤b)制得的氧化石墨烯分散液中加入盐酸多巴胺溶液，在20-80℃下搅拌反应1-6h，离心3-5次，然后在40-60℃烘干，得到聚多巴胺-氧化石墨烯复合物;
d)将步骤c)制得的聚多巴胺-氧化石墨烯复合物和去离子水混合搅拌均匀，500W下超声10-30min，得到制膜溶液;
e)采用真空浸涂法将硅烷偶联剂预修饰的管状多孔载体在步骤d)制得的制膜溶液中进行涂膜10-20s，浸涂后将膜在50℃的烘箱中烘干，重复浸涂和烘干处理2-3次，得到氧化石墨烯基复合膜。
5.如权利要求4所述的一种放射性含锶废水的处理方法，其特征在于，步骤a)中，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-脲丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种混合。
6.如权利要求4所述的一种放射性含锶废水的处理方法，其特征在于，步骤a)中，所述管状多孔载体为氧化铝、氧化硅、氧化钛、聚碳酸酯、聚醋酸纤维素、聚丙烯腈、聚四氟乙烯中的一种或多种混合，其孔径为20-80nm。
7.如权利要求4所述的一种放射性含锶废水的处理方法，其特征在于，步骤b)中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.1-3mg/mL。
8.如权利要求4所述的一种放射性含锶废水的处理方法，其特征在于，步骤c)中，氧化石墨烯与多巴胺的质量比为(2-8)：1。
9.如权利要求1所述的一种放射性含锶废水的处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述反渗透分离的条件为：操作压力≤1.0MPa，操作温度为25℃。
说明书
一种放射性含锶废水的处理方法
技术领域：
本发明涉及放射性废水处理技术领域，具体的涉及一种放射性含锶废水的处理方法。
背景技术：
2011年3月，日本发生9.0级强烈地震和海啸导致福岛第一核电站发生严重的核泄漏事故。福岛核事故的发生唤起人们对放射性污染物的关注。锶90是放射性核素的代表，产生于核燃料循环和放射性同位素的生产应用中。锶90对生物体、自然资源和环境都有害。人体受到锶90辐射后，会导致骨癌、软组织癌和白血病等疾病。非放射性锶的危害相对较低，但过量的摄入会对儿童的骨骼生长产生不利的影响。
膜分离技术在在放射性废水处理中的应用展示了广阔的前景。但是膜分离的效率受水质、操作因素和膜污染的影响很大，且对膜的渗透性能要求比较高，尤其还需要提高膜分离材料的渗透通量和截留率。
发明内容：
本发明的目的是提供一种放射性含锶废水的处理方法，该方法可以有效除去放射性废水中的锶，锶的截留率高，能耗低，操作条件温和，成本低。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种放射性含锶废水的处理方法，包括以下步骤：
(1)向反应器中加入1000-2000mg/L的碳酸钠，搅拌，使得放射性废水中的锶离子与碳酸钠通过搅拌生成大粒径颗粒物，沉淀到反应器底部;
(2)然后将放射性废水进入膜分离器，同时投加Fe3+计的铁盐3.0mg/L，在曝气搅拌下继续反应生成颗粒物;
(3)最后将放射性废水用氧化石墨烯基复合膜进行反渗透分离，其中，氧化石墨烯基复合膜是氧化石墨烯复合聚多巴胺后在硅烷偶联剂预修饰的片状多孔载体上制备而成的，其膜层二维水通道小于0.45nm。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述碳酸钠的加入量为2000mg/L。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述沉淀的时间为30-60min。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述氧化石墨烯基复合膜的制备方法包括以下步骤：
a)将管状多孔载体置于浓度为0.2mM的硅烷偶联剂乙醇溶液中浸泡，取出后在120-150℃下热处理0.5-2h，得到硅烷偶联剂预修饰的管状多孔载体;
b)将氧化石墨烯置于水中搅拌分散，加入三羟甲基氨基甲烷-盐酸溶液，调节溶液的pH至8-9，500-1000W功率下超声0.5-2h，得到氧化石墨烯分散液;
c)向步骤b)制得的氧化石墨烯分散液中加入盐酸多巴胺溶液，在20-80℃下搅拌反应1-6h，离心3-5次，然后在40-60℃烘干，得到聚多巴胺-氧化石墨烯复合物;
d)将步骤c)制得的聚多巴胺-氧化石墨烯复合物和去离子水混合搅拌均匀，500W下超声10-30min，得到制膜溶液;
e)采用真空浸涂法将硅烷偶联剂预修饰的管状多孔载体在步骤d)制得的制膜溶液中进行涂膜10-20s，浸涂后将膜在50℃的烘箱中烘干，重复浸涂和烘干处理2-3次，得到氧化石墨烯基复合膜。
作为上述技术方案的优选，步骤a)中，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-脲丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种混合。
作为上述技术方案的优选，步骤a)中，所述管状多孔载体为氧化铝、氧化硅、氧化钛、聚碳酸酯、聚醋酸纤维素、聚丙烯腈、聚四氟乙烯中的一种或多种混合，其孔径为20-80nm。
作为上述技术方案的优选，步骤b)中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.1-3mg/mL。
作为上述技术方案的优选，步骤c)中，氧化石墨烯与多巴胺的质量比为(2-8)：1。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述反渗透分离的条件为：操作压力≤1.0MPa，操作温度为25℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在放射性含锶废水中合理控制沉淀剂碳酸钠的添加量，并在反渗透的过程采用氧化石墨烯基复合膜，通过该方法可以有效除去废水中的锶离子，锶离子的截留率高达90%以上，且该工艺条件温和，操作简单，生产成本低。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
(1)氧化石墨烯基复合膜的制备
a)将氧化铝置于浓度为0.2mM的硅烷偶联剂乙醇溶液中浸泡，取出后在120℃下热处理0.5h，得到硅烷偶联剂预修饰的氧化铝;
b)将氧化石墨烯置于水中搅拌分散，加入三羟甲基氨基甲烷-盐酸溶液，调节溶液的pH至8-9，500W功率下超声0.5h，得到浓度为0.1mg/mL的氧化石墨烯分散液;
c)向步骤b)制得的氧化石墨烯分散液中加入盐酸多巴胺溶液，在20℃下搅拌反应1h，离心3-5次，然后在40℃烘干，得到聚多巴胺-氧化石墨烯复合物，其中氧化石墨烯与多巴胺的质量比为2：1;
d)将步骤c)制得的聚多巴胺-氧化石墨烯复合物和去离子水混合搅拌均匀，500W下超声10min，得到制膜溶液;
e)采用真空浸涂法将硅烷偶联剂预修饰的氧化铝在步骤d)制得的制膜溶液中进行涂膜10s，浸涂后将膜在50℃的烘箱中烘干，重复浸涂和烘干处理2-3次，得到氧化石墨烯基复合膜;
(2)向反应器中加入1000mg/L的碳酸钠，搅拌，使得放射性废水中的锶离子与碳酸钠通过搅拌生成大粒径颗粒物，沉淀30min，颗粒物沉淀到反应器底部;
(3)然后将放射性废水进入膜分离器，同时投加Fe3+计的铁盐3.0mg/L，在曝气搅拌下继续反应生成颗粒物;
(4)最后将放射性废水用氧化石墨烯基复合膜进行反渗透分离，其中，所述反渗透分离的条件为：操作压力≤1.0MPa，操作温度为25℃。
实施例2
(1)氧化石墨烯基复合膜的制备
a)将氧化硅置于浓度为0.2mM的硅烷偶联剂乙醇溶液中浸泡，取出后在150℃下热处理2h，得到硅烷偶联剂预修饰的氧化硅;
b)将氧化石墨烯置于水中搅拌分散，加入三羟甲基氨基甲烷-盐酸溶液，调节溶液的pH至8-9，1000W功率下超声2h，得到浓度为3mg/mL的氧化石墨烯分散液;
c)向步骤b)制得的氧化石墨烯分散液中加入盐酸多巴胺溶液，在80℃下搅拌反应6h，离心3-5次，然后在60℃烘干，得到聚多巴胺-氧化石墨烯复合物，其中氧化石墨烯与多巴胺的质量比为8：1;
d)将步骤c)制得的聚多巴胺-氧化石墨烯复合物和去离子水混合搅拌均匀，500W下超声30min，得到制膜溶液;
e)采用真空浸涂法将硅烷偶联剂预修饰的氧化硅在步骤d)制得的制膜溶液中进行涂膜20s，浸涂后将膜在50℃的烘箱中烘干，重复浸涂和烘干处理2-3次，得到氧化石墨烯基复合膜;
(2)向反应器中加入2000mg/L的碳酸钠，搅拌，使得放射性废水中的锶离子与碳酸钠通过搅拌生成大粒径颗粒物，沉淀60min，颗粒物沉淀到反应器底部;
(3)然后将放射性废水进入膜分离器，同时投加Fe3+计的铁盐3.0mg/L，在曝气搅拌下继续反应生成颗粒物;
(4)最后将放射性废水用氧化石墨烯基复合膜进行反渗透分离，其中，所述反渗透分离的条件为：操作压力≤1.0MPa，操作温度为25℃。
实施例3
(1)氧化石墨烯基复合膜的制备
a)将氧化钛置于浓度为0.2mM的硅烷偶联剂乙醇溶液中浸泡，取出后在130℃下热处理1h，得到硅烷偶联剂预修饰的氧化钛;
b)将氧化石墨烯置于水中搅拌分散，加入三羟甲基氨基甲烷-盐酸溶液，调节溶液的pH至8-9，600W功率下超声1h，得到浓度为0.5mg/mL的氧化石墨烯分散液;
c)向步骤b)制得的氧化石墨烯分散液中加入盐酸多巴胺溶液，在30℃下搅拌反应2h，离心3-5次，然后在45℃烘干，得到聚多巴胺-氧化石墨烯复合物，其中氧化石墨烯与多巴胺的质量比为3：1;
d)将步骤c)制得的聚多巴胺-氧化石墨烯复合物和去离子水混合搅拌均匀，500W下超声15min，得到制膜溶液;
e)采用真空浸涂法将硅烷偶联剂预修饰的氧化钛在步骤d)制得的制膜溶液中进行涂膜12s，浸涂后将膜在50℃的烘箱中烘干，重复浸涂和烘干处理2-3次，得到氧化石墨烯基复合膜;
(2)向反应器中加入1200mg/L的碳酸钠，搅拌，使得放射性废水中的锶离子与碳酸钠通过搅拌生成大粒径颗粒物，沉淀40min，颗粒物沉淀到反应器底部;
(3)然后将放射性废水进入膜分离器，同时投加Fe3+计的铁盐3.0mg/L，在曝气搅拌下继续反应生成颗粒物;
(4)最后将放射性废水用氧化石墨烯基复合膜进行反渗透分离，其中，所述反渗透分离的条件为：操作压力≤1.0MPa，操作温度为25℃。
实施例4
(1)氧化石墨烯基复合膜的制备
a)将聚碳酸酯置于浓度为0.2mM的硅烷偶联剂乙醇溶液中浸泡，取出后在135℃下热处理1.4h，得到硅烷偶联剂预修饰的聚醋酸纤维素;
b)将氧化石墨烯置于水中搅拌分散，加入三羟甲基氨基甲烷-盐酸溶液，调节溶液的pH至8-9，700W功率下超声1h，得到浓度为1mg/mL的氧化石墨烯分散液;
c)向步骤b)制得的氧化石墨烯分散液中加入盐酸多巴胺溶液，在40℃下搅拌反应3h，离心3-5次，然后在50℃烘干，得到聚多巴胺-氧化石墨烯复合物，其中氧化石墨烯与多巴胺的质量比为4：1;
d)将步骤c)制得的聚多巴胺-氧化石墨烯复合物和去离子水混合搅拌均匀，500W下超声20min，得到制膜溶液;
e)采用真空浸涂法将硅烷偶联剂预修饰的聚醋酸纤维素在步骤d)制得的制膜溶液中进行涂膜14s，浸涂后将膜在50℃的烘箱中烘干，重复浸涂和烘干处理2-3次，得到氧化石墨烯基复合膜;
(2)向反应器中加入1400mg/L的碳酸钠，搅拌，使得放射性废水中的锶离子与碳酸钠通过搅拌生成大粒径颗粒物，沉淀40min，颗粒物沉淀到反应器底部;
(3)然后将放射性废水进入膜分离器，同时投加Fe3+计的铁盐3.0mg/L，在曝气搅拌下继续反应生成颗粒物;
(4)最后将放射性废水用氧化石墨烯基复合膜进行反渗透分离，其中，所述反渗透分离的条件为：操作压力≤1.0MPa，操作温度为25℃。
实施例5
(1)氧化石墨烯基复合膜的制备
a)将聚四氟乙烯置于浓度为0.2mM的硅烷偶联剂乙醇溶液中浸泡，取出后在145℃下热处理1.5h，得到硅烷偶联剂预修饰的聚四氟乙烯;
b)将氧化石墨烯置于水中搅拌分散，加入三羟甲基氨基甲烷-盐酸溶液，调节溶液的pH至8-9，800W功率下超声1.8h，得到浓度为2.5mg/mL的氧化石墨烯分散液;
c)向步骤b)制得的氧化石墨烯分散液中加入盐酸多巴胺溶液，在70℃下搅拌反应5h，离心3-5次，然后在55℃烘干，得到聚多巴胺-氧化石墨烯复合物，其中氧化石墨烯与多巴胺的质量比为6：1;
d)将步骤c)制得的聚多巴胺-氧化石墨烯复合物和去离子水混合搅拌均匀，500W下超声25min，得到制膜溶液;
e)采用真空浸涂法将硅烷偶联剂预修饰的聚四氟乙烯在步骤d)制得的制膜溶液中进行涂膜16s，浸涂后将膜在50℃的烘箱中烘干，重复浸涂和烘干处理2-3次，得到氧化石墨烯基复合膜;
(2)向反应器中加入1600mg/L的碳酸钠，搅拌，使得放射性废水中的锶离子与碳酸钠通过搅拌生成大粒径颗粒物，沉淀50min，颗粒物沉淀到反应器底部;
(3)然后将放射性废水进入膜分离器，同时投加Fe3+计的铁盐3.0mg/L，在曝气搅拌下继续反应生成颗粒物;
(4)最后将放射性废水用氧化石墨烯基复合膜进行反渗透分离，其中，所述反渗透分离的条件为：操作压力≤1.0MPa，操作温度为25℃。