一种微生物发酵棉杆水热炭对铀的富集分离方法

本发明涉及放射性铀处理，具体涉及一种一种微生物发酵棉杆水热炭对铀的富集分离方法。

背景技术：

1、铀矿的开采和加工、核燃料的制造、反应堆的运行和后处理以及放射性同位素的生产过程中，产生了大量的含铀废水。目前，放射性废水中铀u(ⅵ)的处理主要包括化学沉淀、离子交换、催化还原、电渗析、膜过滤、生物处理、超导磁分离和吸附法。其中吸附法具有成本低、补救效率高、二次污染处理方便等特点。其中，生物质炭吸附材料以廉价、可再生、可调的物理化学特性成为理想的吸附剂之一，在u(vi)吸附方面引起了越来越多的关注。生物质炭含有羟基、酚羟基、酮基、羧基等含氧基团，这些基团是铀的良好吸附剂(脂肪族链上的羟基官能团除外)。然而，这些官能团含量相对较低，吸附位点较少，不能直接用于放射性废液的处理。因此，有必要对生物质炭进行进一步的改性，以提高生物质炭对铀的吸附效果和选择性。

2、棉花秸秆作为典型的生物质基材料，具有价格低廉、环境友好，具有良好的工业化应用前景。但是棉花秸秆制备的原始生物质炭本身的吸附性能有待改善，需要通过活化、改性提高比表面积、官能团含量以提高吸附性能。

3、微生物发酵是有效利用棉秆的预处理方法之一。微生物发酵改变了棉秆的空间结构、元素含量和官能团组成，这些改变均对去除含铀废液中的铀酰离子有利。微生物发酵能够有效提高p、ca等元素含量，提高比表面积，增加生物质材料的应用价值。但是目前市场上堆肥菌剂斑驳，菌剂种类各不相同，菌剂复合方式不同，采用的复合菌种复杂且价格高，难以准确研究单一微生物对棉杆的影响。如何采用单一菌种对棉花秸秆进行活化、改性，开发出比表面积高、富含官能团的生物质炭，对于推动棉杆变废为宝、提高生物质的应用价值有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

2、为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种微生物发酵棉杆水热炭对铀的富集分离方法，包括以下步骤：

3、步骤一、将棉杆在0.1m hcl中浸泡0.5～1.5小时后用去离子水洗涤，烘干，粉碎，过筛，得到棉杆粉末，将棉杆粉末和米曲霉搅拌混合均匀后加入发酵罐中，同时加入去离子水，使含水量保持在60％～70％之间，在发酵罐发酵，得到发酵棉杆；所述棉杆粉末和米曲霉的质量比为40～60:1；

4、步骤二、将发酵棉杆和六偏磷酸钠添加到水中，搅拌，得到混合料液，将混合料液加入聚四氟乙烯为内衬的不锈钢高压反应釜中，在200～240℃下反应3～5h，自然冷却至室温，洗涤，得到微生物发酵棉杆水热炭；

5、步骤三、将微生物发酵棉杆水热炭加入含铀放射性废水中，以200～300r/min速度搅拌实现对铀的富集分离；所述微生物发酵棉杆水热炭与含铀放射性废水的质量体积比为1mg:3～5ml。

6、优选的是，所述步骤一中，烘干的温度为60℃；粉碎采用破碎机粉碎；过筛采用0.25mm筛；发酵的温度为50℃，发酵的时间为15天。

7、优选的是，所述步骤一中，米曲霉替换为地衣芽孢杆菌。

8、优选的是，所述步骤二中，发酵棉杆和六偏磷酸钠的质量比为1:1～3；所述发酵棉杆和水的质量体积比为1:20～30；洗涤采用乙醇和去离子水交替洗涤5次。

9、优选的是，所述步骤二中，对得到的微生物发酵棉杆水热炭进行预处理，其预处理过程为：将微生物发酵棉杆水热炭在100℃～150℃下加热的同时施加紫外光辐照，得到处理后的微生物发酵棉杆水热炭；将处理后的微生物发酵棉杆水热炭加入戊二酸溶液中，在85～100℃下回流反应12～36h，过滤，真空干燥，得到预处理微生物发酵棉杆水热炭；

10、优选的是，所述紫外光辐照的时间为6～12小时；紫外光辐照采用高压汞灯，其波长为210nm，功率为500w；紫外光辐照时高压汞灯置于微生物发酵棉杆水热炭上方1～10cm。

11、优选的是，所述戊二酸溶液为戊二酸水溶液，其浓度为5～10wt％；所述微生物发酵棉杆水热炭与戊二酸溶液的质量比为1:2～5。

12、优选的是，所述真空干燥的温度为80～100℃。

13、本发明至少包括以下有益效果：

14、本发明采用地衣芽孢杆菌和米曲霉来制备微生物发酵棉杆水热炭，以获得不同的介孔结构和官能团，制备的微生物发酵棉杆水热炭具有较高的比表面积，采用地衣芽孢杆菌和米曲霉制备的微生物发酵棉杆水热炭对u(vi)具有优异的吸附性能，可广泛应用于含铀放射性废水的处理。

15、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

技术特征：

1.一种微生物发酵棉杆水热炭对铀的富集分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的微生物发酵棉杆水热炭对铀的富集分离方法，其特征在于，所述步骤一中，烘干的温度为60℃；粉碎采用破碎机粉碎；过筛采用0.25mm筛；发酵的温度为50℃，发酵的时间为15天。

3.如权利要求1所述的微生物发酵棉杆水热炭对铀的富集分离方法，其特征在于，所述步骤二中，发酵棉杆和六偏磷酸钠的质量比为1:1～3；所述发酵棉杆和水的质量体积比为1:20～30；洗涤采用乙醇和去离子水交替洗涤5次。

4.如权利要求1所述的微生物发酵棉杆水热炭对铀的富集分离方法，其特征在于，所述步骤一中，米曲霉替换为地衣芽孢杆菌。

5.如权利要求1所述的微生物发酵棉杆水热炭对铀的富集分离方法，其特征在于，所述步骤二中，对得到的微生物发酵棉杆水热炭进行预处理，其预处理过程为：将微生物发酵棉杆水热炭在100℃～150℃下加热的同时施加紫外光辐照，得到处理后的微生物发酵棉杆水热炭；将处理后的微生物发酵棉杆水热炭加入戊二酸溶液中，在85～100℃下回流反应12～36h，过滤，真空干燥，得到预处理微生物发酵棉杆水热炭。

6.如权利要求5所述的微生物发酵棉杆水热炭对铀的富集分离方法，其特征在于，所述紫外光辐照的时间为6～12小时；紫外光辐照采用高压汞灯，其波长为210nm，功率为500w；紫外光辐照时高压汞灯置于微生物发酵棉杆水热炭上方1～10cm。

7.如权利要求5所述的微生物发酵棉杆水热炭对铀的富集分离方法，其特征在于，所述戊二酸溶液为戊二酸水溶液，其浓度为5～10wt％；所述微生物发酵棉杆水热炭与戊二酸溶液的质量比为1:2～5。

8.如权利要求5所述的微生物发酵棉杆水热炭对铀的富集分离方法，其特征在于，所述真空干燥的温度为80～100℃。

技术总结
本发明公开了一种微生物发酵棉杆水热炭对铀的富集分离方法，包括：将棉杆清洗，烘干，粉碎，过筛，得到棉杆粉末，将棉杆粉末、米曲霉和水加入发酵罐中，发酵，得到发酵棉杆；将发酵棉杆和六偏磷酸钠添加到水中，搅拌后加入聚四氟乙烯为内衬的不锈钢高压反应釜中，反应，冷却，洗涤，得到微生物发酵棉杆水热炭；将微生物发酵棉杆水热炭加入含铀放射性废水中，搅拌实现对铀的富集分离；本发明采用米曲霉来制备微生物发酵棉杆水热炭，以获得不同的介孔结构和官能团，制备的微生物发酵棉杆水热炭具有较高的比表面积，采用米曲霉制备的微生物发酵棉杆水热炭对U(VI)具有优异的吸附性能，可广泛应用于含铀放射性废水的处理。

技术研发人员：贺一洲,竹文坤,王亚洲,陈涛
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12