申请日2017.12.21
公开(公告)日2018.05.18
IPC分类号G21F9/12
摘要
本发明公开了废水中放射性元素铀的高效率去除方法，包括以下步骤：首先制备碳纳米纤维‑水滑石复合材料，将放射性废水调节至中性，然后加入混凝沉淀剂，常温下搅拌处理30min，然后静置沉淀1h，实现固液分离，取上清液加入步骤(5)制得的碳纳米纤维‑水滑石复合材料，800rpm下搅拌处理30‑60min，沉淀除去碳纳米纤维‑水滑石复合材料，检测处理后分水中的放射性元素的含量，计算去除率。本发明提供的方法可以有效除去废水中的放射性元素铀，对水体无二次污染，且成本低。
权利要求书
1.废水中放射性元素铀的高效率去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚乙烯吡咯烷酮和超纯水混合搅拌至固体溶解，然后加入亚碲酸钠搅拌，继续加入水合肼和氨水，搅拌混合后制得混合液，最后将混合液转移至反应釜中，180℃下反应4-6h，反应结束后迅速冷却至室温，制得碲纳米线溶液;
(2)将步骤(1)制得的碲纳米线溶液加入丙酮，高速离心得到的沉淀物，采用超纯水洗涤后重新分散至超纯水中，然后加入葡萄糖搅拌至溶解，制得混合溶液A;
(3)将制得的混合溶液A置于反应釜中在160℃下反应12-24h，反应结束后冷却至室温，将反应产物采用盐酸和过氧化氢的水溶液进行分散，磁力搅拌下除去碲纳米线模板，沉淀依次采用超纯水和无水乙醇清洗，真空干燥后制得碳纳米纤维材料;
(4)将上述制得的碳纳米纤维材料溶于超纯水中，制得碳纳米纤维溶液;
(5)将六水硝酸镁、九水硝酸铝、尿素溶解于步骤(4)制得的碳纳米纤维溶液中搅拌，制得的溶液置于反应釜中110℃下反应8-10h，反应结束后离心处理，得到的沉淀采用超纯水洗涤，干燥，制得碳纳米纤维-水滑石复合材料;
(6)将放射性废水调节至中性，然后加入混凝沉淀剂，常温下搅拌处理30min，然后静置沉淀1h，实现固液分离，取上清液加入步骤(5)制得的碳纳米纤维-水滑石复合材料，800rpm下搅拌处理30-60min，沉淀除去碳纳米纤维-水滑石复合材料，检测处理后分水中的放射性元素的含量，计算去除率。
2.如权利要求1所述的废水中放射性元素铀的高效率去除方法，其特征在于：步骤(3)中，盐酸和过氧化氢的水溶液中，所述盐酸、过氧化氢、超纯水的体积比为2:5:23。
3.如权利要求1所述的废水中放射性元素铀的高效率去除方法，其特征在于：步骤(5)中，所述六水硝酸镁、九水硝酸铝、尿素的质量比为(1-3)：1：0.1。
4.如权利要求1所述的废水中放射性元素铀的高效率去除方法，其特征在于：步骤(1)中，所述聚乙烯吡咯烷酮、超纯水、亚碲酸钠、水合肼、氨水的用量比为(0.8-1.2)g：(30-40)mL：(0.08-0.1)g：1.6mL：3.5mL。
5.如权利要求1所述的废水中放射性元素铀的高效率去除方法，其特征在于：步骤(2)中，所述高速离心的转速为8000转/分。
6.如权利要求1所述的废水中放射性元素铀的高效率去除方法，其特征在于：步骤(4)中，所述碳纳米纤维溶液的浓度为1-3g/L。
7.如权利要求1所述的废水中放射性元素铀的高效率去除方法，其特征在于：步骤(3)中，所述磁力搅拌的转速为1500转/分，磁力搅拌的时间为5-10h。
8.如权利要求1所述的废水中放射性元素铀的高效率去除方法，其特征在于：步骤(6)中，所述混凝沉淀剂为聚合硫酸铝，其添加量为3-5mg/L。
9.如权利要求1所述的废水中放射性元素铀的高效率去除方法，其特征在于：步骤(6)中，所述碳纳米纤维-水滑石复合材料的添加量为0.1-0.4mg/L。
说明书
废水中放射性元素铀的高效率去除方法
技术领域：
本发明涉及废水处理领域，具体的涉及废水中放射性元素铀的高效率去除方法。
背景技术：
我国的水资源相对匮乏，而日趋严重的水污染又加剧了水资源的短缺，这对我们的日常生活和经济发展造成了严重的影响。在众多的水污染中，放射性废水污染是对环境污染最严重和对人类危害最大的污染类型。伴随着原子能工业发展和核燃料循环及核技术日趋广泛应用，如铀矿开采、铀冶炼、铀矿冶设施退役等等，使得与之密切相关的放射性含铀废水的数量逐渐增多。目前，世界上共有22个国家从事铀矿冶生产，共积存铀尾矿约200多亿吨。虽然这些铀尾矿对核事业的发展做出了巨大的贡献，但是由于这些危险事故的发生如铀尾矿处理不慎而泄露、输送管道破裂、恶劣天气时损坏尾矿矿坝等，造成放射性核素泄露，进入地表污染地下水。因此，人们日益关注放射性含铀废水的处理及排放。
自然界中的铀没有离子形式存在，主要以正四价和正六价与金属化合物或者氧化物共存，U(Ⅳ)能与无机碳形成稳定的络合物沉淀，而U(Ⅵ)常以UO22+铀酰离子的形式参与反应，铀酰离子的溶解性好，不容易从水中除去，因而研究最多的也是去除水中的U(Ⅵ)及其化合物。作为重金属放射性元素，铀对机体的损害作用即表现在它的放射性上，又表现在重金属所具有的化学毒性上。
放射性含铀废水与普通工业废水的处理方法最根本的不同点在于：普通工业废水中存在的一些如氰、酚、有机磷、汞等具有化学毒性的物质，可以通过生物、物理、化学等方法将其分解破坏，而放射性核素则不行。这些物理化学方法既不能改变放射性核素的衰变辐射，也不能使它的放射性消失，只能依靠放射性核素本身的自然衰变来降低放射性以致最终消失。由此看来，处理放射性含铀废水的方法最终归结于贮存与扩散两种方式，即将大部分的放射性物质用适当的方法处理以后，转移到小体积的浓缩废物中加以贮藏，而剩下的大体积废水将其的放射性稀释和扩散到小于国家允许排放的浓度而排放于环境中。
目前已开发应用的废水处理方法很多，其中主要包括：化学渗滤、浮选、泡沫分离、氧化沉淀、离子交换、蒸发浓缩、沉降/结晶、凝结/絮凝、电渗析、电泳、反渗透等方法。但是这些方法操作较为困难，且成本较高。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供废水中放射性元素铀的高效率去除方法，该方法可以有效去除废水中的放射性元素，对水体无二次污染，且成本低。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
废水中放射性元素铀的高效率去除方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙烯吡咯烷酮和超纯水混合搅拌至固体溶解，然后加入亚碲酸钠搅拌，继续加入水合肼和氨水，搅拌混合后制得混合液，最后将混合液转移至反应釜中，180℃下反应4-6h，反应结束后迅速冷却至室温，制得碲纳米线溶液;
(2)将步骤(1)制得的碲纳米线溶液加入丙酮，高速离心得到的沉淀物，采用超纯水洗涤后重新分散至超纯水中，然后加入葡萄糖搅拌至溶解，制得混合溶液A;
(3)将制得的混合溶液A置于反应釜中在160℃下反应12-24h，反应结束后冷却至室温，将反应产物采用盐酸和过氧化氢的水溶液进行分散，磁力搅拌下除去碲纳米线模板，沉淀依次采用超纯水和无水乙醇清洗，真空干燥后制得碳纳米纤维材料;
(4)将上述制得的碳纳米纤维材料溶于超纯水中，制得碳纳米纤维溶液;
(5)将六水硝酸镁、九水硝酸铝、尿素溶解于步骤(4)制得的碳纳米纤维溶液中搅拌，制得的溶液置于反应釜中110℃下反应8-10h，反应结束后离心处理，得到的沉淀采用超纯水洗涤，干燥，制得碳纳米纤维-水滑石复合材料;
(6)将放射性废水调节至中性，然后加入混凝沉淀剂，常温下搅拌处理30min，然后静置沉淀1h，实现固液分离，取上清液加入步骤(5)制得的碳纳米纤维-水滑石复合材料，800rpm下搅拌处理30-60min，沉淀除去碳纳米纤维-水滑石复合材料，检测处理后分水中的放射性元素的含量，计算去除率。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，盐酸和过氧化氢的水溶液中，所述盐酸、过氧化氢、超纯水的体积比为2:5:23。
作为上述技术方案的优选，步骤(5)中，所述六水硝酸镁、九水硝酸铝、尿素的质量比为(1-3)：1：0.1。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述聚乙烯吡咯烷酮、超纯水、亚碲酸钠、水合肼、氨水的用量比为(0.8-1.2)g：(30-40)mL：(0.08-0.1)g：1.6mL：3.5mL。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述高速离心的转速为8000转/分。
作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述碳纳米纤维溶液的浓度为1-3g/L。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述磁力搅拌的转速为1500转/分，磁力搅拌的时间为5-10h。
作为上述技术方案的优选，步骤(6)中，所述混凝沉淀剂为聚合硫酸铝，其添加量为3-5mg/L。
作为上述技术方案的优选，步骤(6)中，所述碳纳米纤维-水滑石复合材料的添加量为0.1-0.4mg/L。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用混凝沉淀法和吸附法来处理含放射性元素废水，自制的吸附剂为碳纳米纤维-水滑石复合材料，其稳定性和物理化学性能优异，且制备方法简单，成本低，制得的碳纳米纤维具备一维形貌和三维网状结构，其表面具有大量的含氧官能团，水滑石材料的加入可以有效增强碳纳米纤维在水溶液中的稳定性，其用于处理含放射性废水处理时可以有效除去废水中的放射性元素。