您現在的位置: 中國污水處理工程網 >> 技術轉移 >> 正文

如何催化還原含鈾廢水中鈾酰離子

發布時間:2020-1-29 8:04:32  中國污水處理工程網

  申請日2019.10.25

  公開(公告)日2020.01.10

  IPC分類號C02F1/70; C02F1/28; B01J23/889

  摘要

  本發明提供一種催化還原含鈾廢水中鈾酰離子的方法,所述方法包括使用一種納米級磁性鈷錳尖晶石為催化劑,以硫脲為還原劑,在反應溫度為80~130℃,廢水pH值為4.5~8的條件下,將含鈾廢水中的鈾酰離子催化還原成四價鈾離子而沉淀在廢水中。該納米級磁性鈷錳尖晶石作為該催化還原反應的催化劑時,催化劑中同時共存二價和三價鈷錳離子,能形成自我自氧化還原體系,實驗證明其對廢水中的六價鈾酰離子有較好的氧化還原性能;在還原劑硫脲存在的條件下,其對廢水中六價鈾酰離子的催化還原能力可以到達6500mg/g。

  權利要求書

  1.一種催化還原含鈾廢水中鈾酰離子的方法,所述方法包括使用一種納米級磁性鈷錳尖晶石為催化劑,以硫脲為還原劑,在反應溫度為80~130℃,廢水pH值為4.5~8的條件下,將含鈾廢水中的鈾酰離子催化還原成四價鈾離子而沉淀在廢水中。

  2.根據權利要求1所述方法,其特征在于,催化還原的反應溫度為95~115℃,優選100℃,廢水pH值為5~7,優選廢水pH值為6。

  3.根據權利要求1所述方法,其特征在于,催化還原的時間為1小時以上,優選2小時以上,更優選12小時以上,更優選16~30小時。

  4.根據權利要求1所述方法,其特征在于,所述納米級磁性鈷錳尖晶石通過如下所述方法制備得到:包括將鈷源和錳源溶解在包含氨水與氯化銨的混合溶液中,且加入次氯酸鈉作為氧化劑,將部分二價錳氧化為三價錳,形成二價和三價錳離子共存的均態體系,并以尿素作為沉淀劑,在120~180℃下反應2小時以上晶化形成前驅體,再將前驅體樣品于400~600℃下煅燒2小時以上,得到納米級磁性鈷錳尖晶石。

  5.根據權利要求4所述方法,其特征在于,所述鈷源和錳源為六水氯化鈷和四水氯化錳,所述制備方法中的氧化步驟在隔絕氧氣的環境下進行。

  6.根據權利要求4所述方法,其特征在于,所述鈷源和錳源中鈷元素與錳元素的物質的量之比為1:1~6,鈷元素與氨水的物質的量之比為1:2~10,鈷元素與氯化銨的物質的量之比為1:2~12,鈷元素與次氯酸鈉的物質的量之比為1:0.1~100,鈷元素與尿素的物質的量之比為1:2~100。

  7.根據權利要求6所述方法,其特征在于,所述鈷源和錳源中鈷元素與錳元素的物質的量之比為1:2~3,優選1:2.5,鈷元素與氨水的物質的量之比為1:4~8,優選1:6,鈷元素與氯化銨的物質的量之比為1:4~8,優選1:6,鈷元素與次氯酸鈉的物質的量之比為1:0.5~10,優選1:1,鈷元素與尿素的物質的量之比為1:5~50,優選1:35。

  8.根據權利要求4所述方法,其特征在于,將尿素和氯化銨溶解于水中配成溶液A,且將鈷源和錳源溶解于水中配成溶液B,將溶液A和B混勻后加入溶液C氨水,再加入溶液D次氯酸鈉溶液,在無氧條件下以次氯酸鈉氧化10~120min,之后將溶液進行晶化和煅燒得到所述納米級磁性鈷錳尖晶石。

  9.根據權利要求4所述方法,其特征在于,晶化溫度為140~160℃,晶化時間為4~20小時,煅燒溫度為450~550℃,且煅燒時間為4~8小時。

  10.根據權利要求4所述方法,其特征在于,在晶化步驟和煅燒步驟之間還包括對前驅體的清洗和干燥步驟,所述清洗包括使用乙醇和去氧去離子水交替清洗,所述干燥為在40~150℃的條件下常壓干燥或真空干燥。

  說明書

  一種催化還原含鈾廢水中鈾酰離子的方法

  技術領域

  本發明屬于催化還原領域,具體涉及一種催化還原含鈾廢水中鈾酰離子的方法。

  背景技術

  近年來,隨著核能的不斷發展,核工業產生的含鈾廢水的數量越來越多,鈾是天然具有放射性的元素,它進入生物體內會影響生物的正常生長,甚至能誘發各種病變,給環境和生態帶來了日趨嚴峻的威脅。因此,如何妥善處理放射性含鈾廢水已成為一個世界性環境保護問題。目前,去除或富集水環境中放射性元素鈾的方法有:化學沉淀法、離子交換法、溶劑萃取法、吸附法和還原法等。

  含鈾廢水中主要包括六價鈾以可溶的碳酸鈾酰/氟化鈾酰絡合物形式在水溶液中遷移。傳統單一無機材料作為吸附劑對其吸附量不高。通過催化還原反應可將六價鈾還原為四價鈾使鈾酰離子以鈾礦和鈾石等形式富集沉淀,從而將鈾酰離子從水溶液中除去,因此設計和制備一種新型催化劑催化還原六價鈾酰離子成為一個研究熱點。

  如專利申請CN201810765731.3公開了一種高效電化學還原富集回收含鈾廢水和地下水中鈾的方法。該發明以金屬電極作為陰陽極構建電化學體系,利用六價鈾酰離子能夠得電子被還原為四價不可溶的二氧化鈾的性質,在無外源添加劑的情況下,通過電極將六價鈾還原為二氧化鈾并富集在電極表面。四價鈾鍍層可進一步催化還原廢水中的六價鈾形成新的四價鈾鍍層。電化學還原富集完成后,將富集二氧化鈾的電極從溶液中取出,即可實現廢水和地下水中鈾的高效還原去除。通過進一步將電極放入稀硝酸溶液中氧化,可進一步實現的高效回收。該發明應用范圍廣,對低濃度、高濃度含鈾廢水和含有碳酸鹽的地下水中碳酸鈾酰均可實現高效去除和回收。

  但該電極處理方法難以大規模工業應用,因而本領域需要一種新的催化還原含鈾廢水中鈾酰離子的方法。

  發明內容

  尖晶石晶體結構中氧離子按立方緊密堆積排列,二價陽離子充填于八分之一的四面體空隙中,三價陽離子充填于二分之一的八面體空隙中,形成一個立方體。該類材料在電、磁、催化、能量存儲與轉化等領域具有廣泛用途。Co離子和Mn離子都屬于過渡態的金屬元素,容易得失電子,具有作為催化劑的潛能,同時二價和三價Co、Mn離子共存的催化劑具有自氧化還原性能,即具有同時氧化性和還原性。考慮將上述的所有優秀性能結合,采用一定的技術制備出來的產品應該具有良好的催化還原性,是一種優秀的催化劑,能夠應用于高價態的金屬離子還原沉淀。

  因此,本領域還需要一種新的納米級磁性鈷錳尖晶石的制備方法及其應用。

  因此,本發明首先提供一種納米級磁性鈷錳尖晶石的制備方法,所述方法包括將鈷源和錳源溶解在包含氨水與氯化銨的混合溶液中,且加入次氯酸鈉作為氧化劑,將部分二價錳氧化為三價錳,形成二價和三價錳離子共存的均態體系,并以尿素作為沉淀劑,在120~180℃下反應2小時以上晶化形成前驅體,再將前驅體樣品于400~600℃下煅燒2小時以上,得到納米級磁性鈷錳尖晶石。

  在一種具體的實施方式中,所述鈷源和錳源為六水氯化鈷和四水氯化錳,所述制備方法在隔絕氧氣的環境下進行。

  在一種具體的實施方式中,所述鈷源和錳源中鈷元素與錳元素的物質的量之比為1:1~6,鈷元素與氨水的物質的量之比為1:2~10,鈷元素與氯化銨的物質的量之比為1:2~12,鈷元素與次氯酸鈉的物質的量之比為1:0.1~100,鈷元素與尿素的物質的量之比為1:2~100。

  在一種具體的實施方式中,所述鈷源和錳源中鈷元素與錳元素的物質的量之比為1:2~3,優選1:2.5,鈷元素與氨水的物質的量之比為1:4~8,優選1:6,鈷元素與氯化銨的物質的量之比為1:4~8,優選1:6,鈷元素與次氯酸鈉的物質的量之比為1:0.5~10,優選1:1,鈷元素與尿素的物質的量之比為1:5~50,優選1:35。

  在一種具體的實施方式中,將尿素和氯化銨溶解于水中配成溶液A,且將鈷源和錳源溶解于水中配成溶液B,將溶液A和B混勻后加入溶液C氨水,再加入溶液D次氯酸鈉溶液,在無氧條件下以次氯酸鈉氧化10~120min,之后將溶液進行晶化和煅燒得到所述納米級磁性鈷錳尖晶石。

  在一種具體的實施方式中,晶化溫度為140~160℃,晶化時間為4~20小時,煅燒溫度為450~550℃,且煅燒時間為4~8小時。

  在一種具體的實施方式中,在晶化步驟和煅燒步驟之間還包括對前驅體的清洗和干燥步驟,所述清洗包括使用乙醇和去氧去離子水交替清洗,所述干燥為在40~150℃的條件下常壓干燥或真空干燥。

  本發明還提供一種如上所述方法制備得到的納米級磁性鈷錳尖晶石。

  本發明還提供一種如上所述方法制備得到的納米級磁性鈷錳尖晶石在去除含鈾廢水中鈾酰離子的應用。

  在一種具體的實施方式中,所述納米級磁性鈷錳尖晶石作為催化劑,與還原劑一起加入含鈾廢水中,用于將含鈾廢水中的鈾酰離子催化還原成四價鈾離子而沉淀在廢水中除去;或者所述納米級磁性鈷錳尖晶石作為吸附劑加入含鈾廢水中,用于將含鈾廢水中的鈾酰離子吸附至納米級磁性鈷錳尖晶石上而從廢水中脫離除去。

  本發明還提供一種催化還原含鈾廢水中鈾酰離子的方法,所述方法包括使用一種納米級磁性鈷錳尖晶石為催化劑,以硫脲為還原劑,在反應溫度為80~130℃,廢水pH值為4.5~8的條件下,將含鈾廢水中的鈾酰離子催化還原成四價鈾離子而沉淀在廢水中。

  在一種具體的實施方式中,催化還原的反應溫度為95~115℃,優選100℃,廢水pH值為5~7,優選廢水pH值為6。

  在一種具體的實施方式中,催化還原的時間為1小時以上,優選2小時以上,更優選12小時以上,更優選16~30小時。

  本發明還提供一種吸附含鈾廢水中鈾酰離子的方法,所述方法包括使用一種納米級磁性鈷錳尖晶石為吸附劑,在反應溫度為80~130℃,廢水pH值為5~9的條件下,將含鈾廢水中的鈾酰離子吸附至固態的所述納米級磁性鈷錳尖晶石上,而使得鈾酰離子與廢水分離。

  在一種具體的實施方式中,吸附的溫度為85~120℃,優選100℃,廢水pH值為5.5~8,優選廢水pH值為6。

  在一種具體的實施方式中,吸附的時間為6小時以上,優選8~30小時。

  本發明至少具備如下所述有益效果:

  1、本發明所述制備方法具備如下特點:(1)實驗中使用一定質量的NH4Cl和氨水配成絡合溶液,該溶液對鈷離子和錳離子具有絡合作用;該絡合物還用來固定由氧化劑NaClO氧化產生的不穩定Mn3+離子,而使得制備所得的尖晶石能形成自催化還原體系。且NH4Cl和氨水形成絡合溶液的緩沖有助于最終形成粒徑均勻的尖晶石。(2)所述方法中使用次氯酸鈉為氧化劑,因而可以人為控制鈷和錳的氧化量,即可以控制產品中三價金屬離子和二價金屬離子的比例,從而有利于制備出性能最優的尖晶石產品。(3)工藝簡單,操作方便,過程易于控制。(4)反應速度快,適合大規模工業化生產。(5)普通尖晶石的制備需要在800℃以上的溫度,采用本發明所述制備方法則只需要在500℃左右的條件下即可得到理想的尖晶石。

  2、本發明所述方法制備得到的納米級磁性鈷錳尖晶石晶型完整程度高,顆粒均勻,粒徑約為50nm;有較強的磁性,在外加磁場的條件下易于分離。該納米級磁性鈷錳尖晶石作為催化還原反應的催化劑時,催化劑中同時共存二價和三價鈷錳離子,能形成自我自氧化還原體系,實驗證明其對廢水中的六價鈾酰離子有較好的氧化還原性能;在還原劑硫脲存在的條件下,其對廢水中六價鈾酰離子的催化還原能力可以到達6500mg/g。此外,該納米級磁性鈷錳尖晶石對六價鈾酰離子還有很好的吸附性能,最大吸附量可以到達3200mg/g,該吸附劑的吸附效果比傳統無機吸附劑的吸附效果大10倍以上。綜上所述,該納米級磁性鈷錳尖晶石材料對含鈾廢水的處理具有良好的應用前景。(發明人陽鵬飛;徐源合;柯國軍)

相關推薦
項目深度追蹤
數據獨家提供
服務開通便捷 >
什么行业赚钱女性 北京11选5走势图表一定牛 海南体彩4十1近期开奖号码 大地棋牌下载地址 捕鱼上面有齐天大圣的 最新广西快乐双彩开奖查询 双色球对望码组合官方 在线股票大盘走势图 甘肃11选五号码走势图 赛车幸运微信平台 体彩河南11选五走势图 打字赚钱软件 山东快乐扑克3走势图 浙江6+1奖池19083奖池 郑州在家网上兼职赚 浙江20选五带坐标走势 香港精选料六肖中特_首页