申请日2018.05.22
公开(公告)日2018.10.16
IPC分类号B01J20/28; B01J20/04; B01J20/30; C02F1/28; C02F103/10; C02F103/16
摘要
本发明公开了一种有序介孔磷酸锆材料、制备方法及其在废水中的应用。利用模板剂作为合成介孔磷酸锆的结构导向剂，使得乙醇溶剂缓慢挥发，一步合成形成具有三维空间的磷酸锆;本发明的采用介孔结构的磷酸锆材料为吸附剂，同时，在恒温震荡条件下对溶液中的铀酰离子进行化学吸附，废水中的铀酰离子快速地与材料表面的磷酸官能团络合，更高效的吸附铀酰离子;本发明的有序介孔磷酸锆材料制备方法简单低成本，能够处理核电站废水中铀的需求，处理后的样品也易于再利用，具有较好的应用市场。
翻译权利要求书
1.一种有序介孔磷酸锆材料，其特征在于，该材料制备利用模板剂作为合成介孔磷酸锆的结构导向剂，使得乙醇溶剂缓慢挥发，一步合成形成具有三维空间的磷酸锆;包括以下步骤：
(1)将模板剂F127为导向剂溶解在无水乙醇溶剂中;
(2)以ZroCl2.8H2O和PO(OCH3)3分别作为锆源和磷源，加入(1)中,磁力搅拌4-10h;
(3)将(2)的溶液倒入培养皿中，在333K±5K放置至少48h，然后在383K±5K放置至少24h，得到前驱体干凝胶;
(4)前驱体干凝胶下放置在773K下煅烧，得到具有三维空间的磷酸锆MZrP-773K。
2.根据权利要求1所述的有序介孔磷酸锆材料，其特征在于，步骤(1)中与步骤(2)中F127:(P+Zr)的摩尔比为0.01。
3.根据权利要求1所述的有序介孔磷酸锆材料，其特征在于，步骤(2)中ZroCl2.8H2O和PO(OCH3)3的摩尔比为0.5-1.0。
4.根据权利要求1所述的有序介孔磷酸锆材料，其特征在于，步骤(3)中，步骤(2)的溶液倒入培养皿时覆盖一层保鲜膜，并带有小孔，防止无水乙醇溶剂挥发过快。
5.根据权利要求1所述的有序介孔磷酸锆材料，其特征在于，步骤(4)中煅烧的升温速率为1K/min,温度773K下煅烧4h。
6.一种基于权利要求1-5有序介孔磷酸锆材料的制备方法。
7.一种基于权利要求1-5任一种介孔磷酸锆材料的应用方法，其特征在于，该应用方法具体为，将介孔磷酸锆材料作为吸附剂，吸附废水中的铀酰离子;具体条件为，在恒温震荡条件下，t=298K，转速=180r/min，将吸附剂介孔磷酸锆加入含有铀酰离子的溶液中，吸附时间为0.05-24h;吸附结束后再进行脱附。
8.根据权利要求7所述的介孔磷酸锆材料的应用方法，其特征在于，所述的铀酰离子溶液的初始浓度为10-200mg/L，吸附溶液的初始pH为3-7。
9.根据权利要求7所述的一种有序介孔磷酸锆材料，其特征在于，脱附过程是：将吸附后的介孔磷酸锆材料加入浓度为3mol/L的硝酸中震荡4h，离心分离，水洗3次，343K烘干。
说明书
一种有序介孔磷酸锆材料、制备方法及其在废水中的应用
技术领域
本发明应用于处理放射性铀废水的环保领域，具体涉及介孔磷酸锆制备和利用其吸附分离废水中放射性铀酰离子。
背景技术
核能是近代新开发利用的能源，核能作为较清洁的能源，有着效能高的优点。同样地，在铀矿等含有放射性核素矿山开采以及冶炼的过程中产生的放射性废物，不仅给人类赖以生存的环境带来污染，在生产过程中排放的放射性核素也造成资源的浪费。
目前，处理放射性废水的主要机理是将中低水平的放射性废水中的放射性物质富集成为高放射性水平的废水，其余废水达到排放标准而进行下一步的处理。从废水中提铀的主要方法有吸附法、浮选法、溶剂萃取分离法、生物处理法、离子交换法、化学沉淀法、超导磁分离法等。吸附法是目前研究最多的方法之一，吸附法提取铀的研究重点是研究开发新型铀吸附材料。
吸附法处理放射性废水不会给水体带来二次污染物质，吸附剂与放射性核素形成的沉淀物质可以较容易的与水体分离。且通过脱附过程，可以将废液中的放射性核素重新资源化利用。现在分离富集废水中的铀酰离子所面对的问题是：(1)材料制备过程复杂，成本高，不易放大生产，不利于实际应用。(2)一般吸附剂如硅藻土，沸石，活性炭，膨润土的物理吸附，吸附量低。(文献1：S.Kumar,V.A.Loganathan,R.B.Gupta,M.O.Barnett,Anassessment of U(VI)removal from groundwater using biochar produced fromhydrothermal carbonization,J.Environ.Manage.2011，92:2504–2512)(3)在多种离子存在时不具有特异选择吸附性，文献2(Xia Liu,Jiaxing Li,Xiangxue Wang,ChanglunChen,Xiangke Wang.High performance of phosphate-functionalized graphene oxidefor the selective adsorption of U(VI)from acidic solution.Journal of NuclearMaterials.2015，466：56-64)研究了磷酸功能化的材料吸附废水中的铀酰离子获得了较好的效果，吸附量远远高于非磷酸功能化的材料。
发明内容
针对现有处理含铀废水的吸附材料存在的问题，本发明提供了一种有序介孔磷酸锆材料，本发明所制备的吸附剂介孔磷酸锆具有有序纳米孔道，较高的比表面积，选择吸附性，结构稳定，易回收且对环境友好等优点。为实现上述优点，本实验采取的技术方案为：
一种有序介孔磷酸锆材料，采用溶胶-凝胶法及溶剂挥发自组装(EISA)制备介孔磷酸锆材料，利用模板剂作为合成介孔磷酸锆的结构导向剂，使得乙醇溶剂缓慢挥发，一步合成形成具有三维空间的磷酸锆。包括以下步骤：
(1)模板剂F127为导向剂溶解在无水乙醇溶剂中。
(2)以ZroCl2.8H2O和PO(OCH3)3分别作为锆源和磷源，加入(1)中,磁力搅拌4-10h。
(3)将(2)的溶液倒入培养皿中，在333K放置48h，然后383K放置24h，得到前驱体干凝胶。
(4)前驱体干凝胶下放置在马弗炉中773K煅烧，所得材料命名为MZrP-773K。
优选的，步骤(1)中F127:(P+Zr)的摩尔比为0.01。
优选的，步骤(2)中ZroCl2.8H2O和PO(OCH3)3的摩尔比为0.75。
进一步，步骤(3)中，步骤(2)溶液倒入培养皿时覆盖一层保鲜膜，并带有小孔，防止无水乙醇溶剂挥发过快。
进一步优化，步骤(4)中煅烧的升温速率为1K/min，773K煅烧4h。
本发明与现有技术相比，优点是：
(1)本发明的吸附剂为介孔结构的磷酸锆材料，有序介孔结构提供了更大的吸附反应接触面积。
(2)该材料在恒温震荡条件下对溶液中的铀酰离子进行化学吸附，废水中的铀酰离子快速地与材料表面的磷酸官能团络合，而非一般的物理吸附，从而更高效的吸附铀酰离子。
(3)材料本身是耐酸性材料，在强酸条件下，吸附铀酰离子的介孔磷酸锆能够快速脱附铀酰离子，吸附材料可循环再利用，从而达到了分离富集废水中铀酰离子的目的。
(4)材料制备方法简单低成本，能够处理核电站废水中铀的需求，处理后的样品也易于再利用，具有较好的应用市场。