[发明专利]一种纳米硅酸镁生物炭的制备与应用

说明书

本发明公开了一种纳米硅酸镁生物炭的制备与应用，其是收集的农林废弃物洗涤、干燥、粉碎、过筛、烘干，制得生物质颗粒后，于偏硅酸钠溶液中浸渍一定时间制得载硅生物质颗粒，再将其炭化后，依次加入无水乙醇、去离子水、乙酸钠和氯化镁，通过溶剂热反应得到纳米硅酸镁生物炭。本发明利用农林废弃物为原料制备生物炭，原料丰富，制备简单，所得纳米硅酸镁生物炭对放射性元素铀的吸附效果显著，可作为吸附剂用于乏燃料水溶液中放射性元素铀的吸附分离。

技术领域

本发明属于炭材料领域，具体涉及一种纳米硅酸镁生物炭吸附剂的制备与应用。

背景技术

铀（U）是一种属于元素周期表中的锕系元素，原子序数为92，为地壳中分布较广的天然放射性核素。铀主要由²³⁸U、²³⁵U、²³⁴U三种同位素组成，其中²³⁸U的丰度最大，其通过释放α射线衰变，半衰期长达4.468×10⁹年。铀也是唯一的天然可裂变核素，常被用作核电厂的燃料用以产生核能。如今随着能源危机的加剧，核电产业逐渐受到各国的青睐，发展核电成为我国能源发展战略之一。随着核电的发展，如何开发与利用铀资源具有重要的意义。

核电站反应堆所产生乏燃料含有大量未完全反应的U以及U的裂变产物（如Tc）。目前国际上处理乏燃料的方法主要有直接处置与后处理。直接处置是指乏燃料冷却后，储存于特种设备中。直接处置方法无法回收使用乏燃料中大量的铀，浪费了宝贵的铀资源，同时增加了核废料的处置体积。后处理方法是现今国家较为青睐的处理方式，后处理方法不仅可回收核废料中的宝贵资源，同时也减低了核废料的辐射性。来自轻水堆的未经任何处理的乏燃料需经历13万年才能使其放射性降低至天然铀矿的水平，但若能去除乏燃料中的锕系元素，放置时间将减少至270年，大幅降低了最终处置核废料的压力以及危害。

PUREX后处理工艺是现今分离乏燃料中铀的常用工艺，PUREX后处理工艺使用有机溶剂与乏核燃料水溶液接触，使铀或其它离子转移到有机相中，利用酸溶液对有机溶剂进行反萃，回收铀等资源。但乏燃料中通常含有强放射性的锝，导致部分有机萃取溶剂降解，且锝具有氧化性，将导致后续使用还原剂的量增加，致使PUREX后处理工艺的运行成本上升。

吸附法作为一种简便、快捷且适用于低浓度含铀废水回收铀的方法，被广泛应用于核废水处理。生物炭作为一种孔隙结构发达、比表面积大、表面官能团丰富和价格低廉的材料被广泛研究。但原状生物炭往往存在吸附量较小以及选择性差的缺点。因此，开发一种成本低廉、高效可行的新型生物炭对放射性废水低浓度U(VI)的选择性吸附分离具有重大意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种简单易行、成本低廉的纳米硅酸镁生物炭的制备方法，其利用农林废弃物为原料，达到以废治废的效果，且制备的纳米硅酸镁生物炭可作为吸附剂应用于放射性废水中低浓度U(VI)的选择性吸附分离。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种纳米硅酸镁生物炭的制备方法，其包括以下步骤：

1）制粒：将收集的农林废弃物洗涤、干燥、粉碎、过筛、烘干，制得生物质颗粒；

2）载硅：将步骤1）制得的生物质颗粒于偏硅酸钠溶液中浸渍一定时间，烘干，制得载硅生物质颗粒；

3）炭化：将步骤2）制得的载硅生物质颗粒炭化一定时间后冷却至室温，制得载硅生物炭颗粒；

4）纳米硅酸镁生物炭的制备：将步骤3）制得的载硅生物炭颗粒置于水热釜内胆中，依次加入无水乙醇、去离子水、乙酸钠和氯化镁，通过溶剂热反应得到纳米硅酸镁生物炭。

步骤1）中所述农林废弃物为稻壳、木屑、竹笋壳、水葫芦、玉米芯和椰壳中的一种或几种。

步骤1）中所述过筛是过20-100目筛；所述烘干的温度为60-110℃。