[发明专利]一种处理含铀废水的钛基功能化纳米复合微球高效吸附剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种处理含铀废水的钛基功能化纳米复合微球高效吸附剂及其制备方法，所述微球以钛酸四丁酯制备的单分散TiO₂为载体，对其羧基改性后用ZiF‑67进行包覆制备出TiO₂@ZiF‑67复合微球。功能化微球作为一种新型功能材料，可通过表面接枝及改性使微球具有功能性，在重金属离子吸附领域有着广泛应用；金属有机框架（MOFs）作为一类经典的多孔材料，因其具有高的比表面积、可调的孔径和形状可控的功能特性在吸附方面有着优越的性能。基于此，开发了一种用于处理含铀废水功能化复合纳米材料，其具有操作便捷、成本低廉、处理效率高、选择性好等优点。

技术领域

本发明属于吸附剂技术领域，具体涉及一种处理含铀废水的钛基功能化纳米复合微球高效吸附剂及其制备方法。

背景技术

随着经济社会的发展，对电能的需求量日益增加，传统的发电技术需要消耗大量的煤炭和石油等不可再生资源，且发电过程中带来生态环境污染及全球变暖等问题。核能具有效率高、无温室气体排放等优点，作为新型洁净能源已被广泛关注。核能迅速发展，但与此同时铀矿的开采和核燃料循环过程中会产生放射性和毒性废料、废液，对于人类的健康有着巨大的威胁。而铀是核能的主要核素，具有显著的流动性，通常以可溶性铀酰离子（UO₂²⁺）的形式存在。

目前，处理溶液中UO₂²⁺的方法主要有化学沉淀、电化学处理、溶剂萃取、氧化还原法、萃取色谱等，但这些处理方法成本较高，易产生二次污染，而吸附技术具有操作便捷、成本低廉、处理效率高、选择性好等优点，被认为是从溶液中去除放射性铀元素最有前途的方法之一。功能高分子微球是一种新型功能材料，可通过表面接枝及改性使微球具有功能性，在重金属离子吸附领域有着广泛应用。金属有机框架（MOFs）作为一类经典的多孔材料，因其具有高的比表面积、可调的孔径和形状可控的功能特性在吸附方面有着优越的性能。基于此，本发明将钛酸四丁酯先采用水解法，而后再300℃煅烧制备出单分散TiO₂微球，再将其作为载体先用3-氨丙基三甲氧基硅烷进行硅烷偶联，接着戊二酸酐对其羧基改性，最后利用羧基官能团易与金属离子Co²⁺发生络合反应的高化学反应活性特性，再通过“一锅法”用羧基改性TiO₂微球与ZiF-67原料加热充分搅拌的方式进行连接包覆，由此制备TiO₂@ZiF-67核壳微球。调节不同复合微球载体与负载物的质量配比、投加量、pH、温度和UO₂²⁺初始浓度等对铀酰离子吸附性能影响以及影响规律，进行吸附等温线模型和吸附动力学模型拟合，探究出最优吸附条件，为高效去除铀污染奠定充分基础。

发明内容

本发明的目的在于解决核废水对核能发展的制约问题，吸附技术具有的经济高效特点被认为是从溶液中去除放射性铀元素最有前途的方法之一。现有常见吸附剂存在的问题，克服现有技术的缺陷，目前常见吸附剂普遍面临结构单一的障碍和吸附选择性较低等缺陷；基于TiO₂@ZiF-67独特的结构，开发了一种用于处理含铀废水功能化纳米复合微球吸附剂，其具有操作便捷、成本低廉、处理效率高、选择性好等优点。

本发明提供的简单的水热制备工艺合成处理含铀废水的钛基功能化纳米复合微球高效吸附剂的方法，步骤如下：

（1）将150mL无水乙醇、3.0 g聚乙二醇和5 mL超纯水在70℃恒温磁力搅拌器下充分混合搅拌作为溶液A；

（2）同时将150 mL无水乙醇和20 mL钛酸四丁酯也在70℃恒温磁力搅拌器下充分混合搅拌20 min作为溶液B；

（3）在保持70℃恒温磁力搅拌下将B溶液滴加入A液中直至滴加完成，之后再静置4h；

（4）用超纯水洗涤、离心三次，放置烘箱80℃烘干，最后在马弗炉中300℃煅烧2 h即可得到单分散TiO₂微球；