一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑、其制備方法及應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑，屬于含钚放射性廢水處理技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域。所述復(fù)合吸附劑為由氧化石墨烯及殼聚糖組成。本發(fā)明專利技術(shù)還提供所述復(fù)合吸附劑的制備方法，將戊二醛水溶液加入到殼聚糖溶液中，然后加入氧化石墨烯，在45～55℃的水浴中攪拌反應(yīng)85～95min，調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH至9～10，置于75～80℃的水浴中繼續(xù)反應(yīng)50～70min后洗滌至pH為7，真空干燥即可。本發(fā)明專利技術(shù)復(fù)合吸附劑對(duì)核素钚的吸附去除率能達(dá)到95.11％，且廢液經(jīng)處理分離的吸附有核素的吸附劑可進(jìn)行完全焚燒，焚燒后僅剩下塊狀的放射性物質(zhì)，不僅便于核素的回收再利用，而且有望取消原工藝流程中的水泥固化線，達(dá)到放射性廢物“最小化”的目的，大大簡(jiǎn)化核廢水處理流程，縮減放射性廢物貯存空間。

Composite adsorbent for removing nuclide plutonium, preparation method and application thereof

The present invention provides a composite adsorbent for removing plutonium from plutonium, belonging to the technical field of plutonium containing radioactive waste water treatment. The composite adsorbent is composed of graphene oxide and chitosan. The invention also provides a preparation method of the composite adsorbent, the glutaraldehyde solution into chitosan solution, then adding graphene oxide, in 45 ~ 55 DEG C water bath stirring reaction of 85 ~ 95min, adjusting the reaction liquid pH to 9 ~ 10, 75 ~ 80 DEG C in the water bath to counter should be 50 ~ 70min after washing to pH 7, vacuum drying. The composite adsorbent for the adsorption of radionuclide plutonium removal rate can reach 95.11%, and the effluent treated by adsorption separation with adsorbent radionuclides can be carried out completely burned, burned only after the massive radioactive material remaining, recycling is not only easy to radionuclide reuse, and is expected to cancel the original cement curing line in the process, achieve the radioactive \waste minimization\ to greatly simplify the process of nuclear waste water treatment, reduction of radioactive waste storage space.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑、其制備方法及應(yīng)用
本專利技術(shù)屬于含钚放射性廢水處理技術(shù)
，具體為一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑、其制備方法及應(yīng)用。
技術(shù)介紹
核工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量放射性廢水，其中含有的核素钚具有極強(qiáng)的放射性和化學(xué)毒性，必須經(jīng)過有效凈化處理方能進(jìn)行排放，否則將會(huì)嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境和人體健康。因此，對(duì)含钚廢液的凈化處理備受關(guān)注。目前，對(duì)于核工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的含钚低放廢液主要采用無(wú)機(jī)試劑絮凝沉淀法進(jìn)行凈化處理，該工藝尚存在一些弊端：一方面，處理設(shè)備體積龐大，處理周期長(zhǎng)，效率低，易產(chǎn)生二次污染；另一方面，廢水處理后產(chǎn)生大量放射性泥漿，不僅導(dǎo)致后續(xù)處理成本較高，而且需占用龐大的核廢物貯存空間，同時(shí)核廢物的長(zhǎng)期地下貯存極易對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成放射性安全隱患。從節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)角度來(lái)說(shuō)，應(yīng)用頗為廣泛的吸附法處理工藝具有操作簡(jiǎn)便、成本低廉、無(wú)二次污染以及凈化過程快速高效等優(yōu)勢(shì)。因此，穩(wěn)定性好、性能優(yōu)良以及成本低廉的吸附材料的制備和研究一直是放射性廢水處理領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一，在合成新型吸附材料的基礎(chǔ)上，提升該材料的吸附性能則具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。氧化石墨烯(GO)是一種近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型碳材料，可以快速高效地對(duì)核素污染物進(jìn)行凈化處理，使放射性污染在極短的時(shí)間內(nèi)降至最低，從而避免核污染的擴(kuò)散和危害。然而，氧化石墨烯(GO)在水中分散性極好，造成處理后固液相分離困難。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的之一是提供一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑，本專利技術(shù)復(fù)合吸附劑對(duì)放射性廢水中的核素钚進(jìn)行吸附去除，不僅易于后處理的固液分離操作，同時(shí)本專利技術(shù)復(fù)合吸附劑為一中有機(jī)吸附劑，可以進(jìn)行完全燃燒，不會(huì)占用廢物貯存空間，符合放射性廢物“最小化”原則。本專利技術(shù)的目的之二是提供所述復(fù)合吸附劑的制備方法。本專利技術(shù)的目的之三是提供所述復(fù)合吸附劑對(duì)放射性含核素钚廢水的處理應(yīng)用。本專利技術(shù)目的通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑，所述吸附劑為由氧化石墨烯及殼聚糖組成的復(fù)合吸附劑。作為本專利技術(shù)一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的一個(gè)具體實(shí)施例，所述復(fù)合吸附劑由包括殼聚糖、戊二醛、氧化石墨烯的原料在水浴條件下制備得到。一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的制備方法，包括：將戊二醛水溶液加入到殼聚糖溶液中，然后加入氧化石墨烯，在45～55℃的水浴中攪拌反應(yīng)85～95min，調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH至9～10，置于75～80℃的水浴中繼續(xù)反應(yīng)50～70min后洗滌至pH為7，真空干燥即得本專利技術(shù)復(fù)合吸附劑。作為本專利技術(shù)一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的制備方法的一個(gè)具體實(shí)施例，所述戊二醛水溶液的體積分?jǐn)?shù)為50％；所述反應(yīng)液pH采用0.1mol/L的NaOH溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)；所述洗滌采用乙醇和去離子水反復(fù)洗滌直至pH為7；所述真空干燥的溫度為45～55℃。作為本專利技術(shù)一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的制備方法的一個(gè)具體實(shí)施例，所述殼聚糖溶液為將殼聚糖粉末溶于冰乙酸溶液中，在室溫下超聲攪拌1～3小時(shí)制備得到；其中，殼聚糖粉末的質(zhì)量與冰乙酸溶液的體積比為(0.4g～0.8g):(20ml～40ml)。作為本專利技術(shù)一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的制備方法的一個(gè)具體實(shí)施例，所述殼聚糖粉末與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1:2～4:3；所述戊二醛水溶液與冰乙酸溶液的體積比為3～5:20～40。作為本專利技術(shù)一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的制備方法的一個(gè)具體實(shí)施例，所述氧化石墨烯的制備方法為：將石墨、NaNO3和H2SO4混合后至置于冰浴中，緩慢加入KMnO4，并控制反應(yīng)液溫度低于20℃；除去冰浴將溫度升高至30～40℃并保持25～35min，依次加入水和H2O2溶液反應(yīng)后得到黃褐色產(chǎn)物，離心、洗滌、真空干燥后即得氧化石墨烯。作為本專利技術(shù)一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的制備方法的一個(gè)具體實(shí)施例，所述石墨、NaNO3、KMnO4的質(zhì)量比為4：2：12；所述石墨的質(zhì)量與H2SO4的體積比為4g:92ml；所述H2SO4、水、H2O2溶液的體積比為92:184:340。作為本專利技術(shù)一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的制備方法的一個(gè)具體實(shí)施例，所述H2O2溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05％，所述洗滌采用10％HCl和去離子水多次洗滌，所述真空干燥的溫度為35～45℃。作為本專利技術(shù)一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的制備方法的一個(gè)具體實(shí)施例，包括以下步驟：1)氧化石墨烯的制備：將石墨、NaNO3和H2SO4混合后至置于冰浴中，緩慢加入KMnO4，并控制反應(yīng)液溫度低于20℃；除去冰浴將溫度升高至30～40℃并保持25～35min，緩慢加入水再攪拌25～35min，加入H2O2溶液反應(yīng)后得到黃褐色產(chǎn)物，離心、洗滌、真空干燥后即得氧化石墨烯；2)氧化石墨烯-殼聚糖復(fù)合吸附劑的制備：將殼聚糖粉末溶于冰乙酸溶液中并在室溫下超聲攪拌1～3h制備殼聚糖溶液，再加入戊二醛水溶液，然后加入上述制備好的氧化石墨烯，于45～55℃的水浴中攪拌反應(yīng)85～95min，調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH至9～10，置于75～80℃的水浴中繼續(xù)反應(yīng)50～70min后洗滌至pH為7，真空干燥即得本專利技術(shù)復(fù)合吸附劑。本專利技術(shù)氧化石墨烯-殼聚糖復(fù)合吸附劑的合成路線如圖1所示。由圖1可知，氧化石墨烯分子結(jié)構(gòu)中含有大量的羧基官能團(tuán)(-COOH)，在戊二醛交聯(lián)劑的作用下，易于與殼聚糖結(jié)構(gòu)中的氨基官能團(tuán)(-NH2)發(fā)生復(fù)合反應(yīng)，而脫去水分子，形成酰胺化學(xué)鍵。本專利技術(shù)中的氧化石墨烯-殼聚糖復(fù)合吸附劑是采用溶液共混法來(lái)制備的，該法操作簡(jiǎn)便，通過機(jī)械攪拌和超聲處理相結(jié)合的方法對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行處理，使得氧化石墨烯和殼聚糖二者能夠形成均勻穩(wěn)定的分散液。目前，在氧化石墨烯和殼聚糖復(fù)合材料的制備技術(shù)中，獲得的復(fù)合材料多為膜狀或者凝膠態(tài)，相比于本專利技術(shù)制備的粉末狀而言，不利于吸附實(shí)驗(yàn)過程中吸附劑的投加。本專利技術(shù)采用的制備方法具有綠色環(huán)保、操作簡(jiǎn)便、成本低廉和合成原料少等優(yōu)勢(shì)。作為本專利技術(shù)一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的制備方法的一個(gè)具體實(shí)施例，包括以下步驟：1)氧化石墨烯(GO)的制備：取4g石墨、2gNaNO3和92mLH2SO4混合并置于冰浴中；攪拌下緩慢加入12gKMnO4，控制加入的速度避免反應(yīng)液溫度超過20℃。除去冰浴將溶液溫度升至35℃左右保持30min；緩慢加入184mL水?dāng)嚢?0min，然后加入340mLH2O2溶液(0.05wt％)結(jié)束反應(yīng)。得到黃褐色產(chǎn)物，離心，使用10％HCl和去離子水多次洗滌，40℃下真空干燥后即得氧化石墨烯；2)氧化石墨烯-殼聚糖(GO-CTS)復(fù)合吸附劑的制備：先將0.4g殼聚糖(CTS)粉末溶于20mL冰乙酸溶液中(體積分?jǐn)?shù)2％)并在室溫下超聲攪拌2h來(lái)制備殼聚糖溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)2％w/v)；再將3mL戊二醛的50％水溶液加入到CTS溶液中。然后加入0.3g氧化石墨烯到上述溶液中，于50℃水浴中連續(xù)攪拌90min，緩慢加入NaOH(0.1mol/L)調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值至9～10，置于80℃的水浴中繼續(xù)反應(yīng)60min。黑色產(chǎn)物用乙醇和去離子水反復(fù)洗滌直至pH為7，50℃下真空干燥。一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的應(yīng)用，所述復(fù)合吸附劑在去除核素钚中的應(yīng)用。作為本專利技術(shù)一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的應(yīng)用的一個(gè)具體實(shí)施例，調(diào)節(jié)含有核素钚廢水的pH，加入復(fù)合吸附劑，振蕩對(duì)核素钚進(jìn)行吸附。作為本專利技術(shù)一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的應(yīng)用的一本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑，其特征在于，所述吸附劑為由氧化石墨烯及殼聚糖組成的復(fù)合吸附劑。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑，其特征在于，所述吸附劑為由氧化石墨烯及殼聚糖組成的復(fù)合吸附劑。2.如權(quán)利要求1所述一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑，其特征在于，所述復(fù)合吸附劑由包括殼聚糖、戊二醛、氧化石墨烯的原料在水浴條件下制備得到。3.如權(quán)利要求1所述一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于，包括：將戊二醛水溶液加入到殼聚糖溶液中，然后加入氧化石墨烯，在45～55℃的水浴中攪拌反應(yīng)85～95min，調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH至9～10，置于75～80℃的水浴中繼續(xù)反應(yīng)50～70min后洗滌至pH為7，真空干燥即得本發(fā)明復(fù)合吸附劑。4.如權(quán)利要求3所述一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于，所述殼聚糖溶液為將殼聚糖粉末溶于冰乙酸溶液中，在室溫下超聲攪拌1～3小時(shí)制備得到；其中，殼聚糖粉末的質(zhì)量與冰乙酸溶液的體積比為(0.4g～0.8g):(20ml～40ml)。5.如權(quán)利要求3或4所述一種去除核素钚的復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于，所述殼聚糖粉末與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1:2～4:3；所述戊二醛水溶液與冰乙酸溶液的體積比為3～5:20～40。6.如權(quán)利要求3所述一種去除核素...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊愛麗，武俊紅，楊鵬，王東文，張峰，李萍，朱玉寬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)工程物理研究院材料研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：四川,51