一种采用TiO2吸附-光催化还原处理含铀废水的方法与流程

本发明属于铀矿环境治理领域，具体涉及一种采用tio2吸附-光催化还原处理含铀废水的方法。

背景技术：

随着科技术与核电的快速发展，在核工业的各个领域，如铀矿开采及尾矿贮存、水冶铀的精制提纯及加工、核燃料制造、核电站运行、反应堆燃料后处理等，都会产生大量的放射性含铀废水，如何妥善处理这些放射性含铀废水对于保护环境、维护国民安全及保持核电的持续发展都至关重要。

众所周知，放射性含铀废水中铀主要以u(ⅳ)和u(ⅵ)两种化合价态与其他离子、化合物等共存，其中u(ⅳ)能与无机碳形成稳定的络合物而沉淀固定下来，而u(ⅵ)常以铀酰离子(uo2²⁺)的形式存在，溶解性好，易于迁移，可通过皮肤、消化道吸收等多种途径对机体造成伤害。因此，放射性含铀废水中铀的处理一般指去除其中u(ⅵ)及其化合物。目前明去除含铀u(ⅵ)废水的方法主要有稀释排放法、化学沉淀法、蒸发浓缩法、离子交换法等传统处理方法与生物富集修复、膜分离、基于零价铁可渗透反应墙等发展中的新方法。上述技术在处理含铀等放射性废水中均能起到一定的净化效果，但是耗能、耗试剂，对于低浓度含铀废水的处理效果不甚理想。此外，传统的处理方法大部分只是将污染物从一相转移到另一相的简单物理分离过程，因此会带来二次污染。

近年来，以tio2为代表的光催化技术基于低耗能、无毒化、选择性好、快速高效、可在常温常压下进行等优点，被认为是一种理想的环境污染治理技术，重点应用于重金属废水(se(iv)，cu(ii)，hg(ii)，ag(i)，cr(vi))与有机废水处理领域。此外，少量学者通过理论计算认为光催化材料tio2在足够能量的激发下能将铀酰中u(ⅵ)还原成u(ⅳ)，但是现阶段将tio2应用于含铀废水处理过程更多的是强调其吸附性。基于上述分析，以tio2的吸附性为基础，将tio2的光催化技术引入含铀废水处理过程中，最终提供一种采用tio2吸附-光催化还原处理含铀废水的方法，旨在提供一种新的高效处理含铀废水方法，对于减轻环境压力，消除公众担忧，促进核能可持续开发和利用，具有重要的现实与理论意义。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种采用tio2吸附-光催化还原处理含铀废水的方法，用于实现利用tio2的光催化技术高效处理含铀废水。

本发明的技术方案如下：

一种采用tio2吸附-光催化还原处理含铀废水的方法，包括如下步骤：

步骤一：通过对采取的铀矿石开展地浸过程，得到初始的高浓度含铀溶液；

步骤二：在初始的含铀废水溶液中加入适当的去离子水直至所需含铀溶液初始溶度c0<20mg/l，低溶度铀矿山含铀废水铀浓度<20mg/l，从而模拟真实的含铀废水；

步骤三：用0.1mol/lhcl或naoh调节含铀废水溶液的ph值至7；

步骤四：提取步骤三处理后的定量多批次含铀废水，将不同重量的纳米tio2分批次投入至定量得含铀废水中；

步骤五：将步骤四中溶液分别在有光照加无纳米tio2、有光照加不同含量纳米tio2、无光照加不同含量纳米tio2这三种条件下进行实验，反应过程在室温下的震荡机中进行；

步骤六：分批次定时间提取适量反应后的含铀废水溶液，通过离心机分离纳米tio2与反应后待测试的含铀溶液,通过icp-ms测定经离心机分离后的含铀溶液铀浓度ct，从而监控整个反应过程。

如上所述步骤二中含铀溶液初始溶度c0为加完合适的去离子水后，icp-ms直接测定得出；其中初始的含铀废水溶液中加入适当的去离子水，加入的去离子水含量根据铀矿石地浸过程中形成的含铀废水溶液浓度来配比确定。

如上所述步骤五还包括：在有光照加无纳米tio2和有光照加不同含量纳米tio2条件下对比实验考察光照条件下tio2含量多少对实验的影响，其中有光照加不同含量纳米tio2条件下的tio2含量分别为：0g、0.1g、0.2g和0.4g；

如上所述有光照加不同含量纳米tio2和无光照加不同含量纳米tio2条件下对比实验考察不同tio2含量的条件下光照有无对实验的影响，其中有光照加不同重量纳米tio2条件下的tio2含量值为：0.05g、0.1g、0.15g和0.2g。

如上所述步骤五中反应过程在震荡机进行还包括：震荡机反应时间等于计划实验时间，所述计划实验时间为120min或140min。

如上所述步骤六中分批次定时间提取适量反应后的含铀废水溶液，测定反应后含铀废水溶液的时间<1h/次。

如上所述步骤六中离心机分离后的含铀溶液铀浓度ct为经过离心机分离tio2后所得的含铀溶液浓度，代表的是反应溶液中未被纳米tio2吸附-催化还原固定的铀浓度，其中被纳米tio2吸附-催化还原固定的铀已沉淀，经离心机分离已不在测试的含铀溶液中；经测定：有光条件下tio2催化剂能将短时间内将含铀废水中u(ⅵ)固定，最高可达到99.0％，并随着tio2催化剂投加量的增加，呈现固定效果增强；有光条件下tio2催化剂对u(ⅵ)呈现出优异的光催化还原活性，还原率最高可达到99.0％，并随着tio2催化剂投加量的增加，呈现还原效果增强的特点，说明纳米tio2通过吸附-光催化还原作用能将含铀废水中u(ⅵ)还原成u(ⅳ)。

如上所述步骤五中震荡机转速为200r/min。

如上所述离心机分离转速为3000r/min。

本发明的有益效果是：

本发明设计的一种采用tio2吸附-光催化还原处理含铀废水的方法，将tio2光催化还原技术引入含铀废水处理过程，通过一系列对比试验，论证tio2可通过吸附-光催化还原作用处理含铀废水中u(ⅵ)，最高可将含铀废水中99.0％铀固定，相比于其他处理放射性含铀废水吸附与还原材料，具有吸附-自催化还原双重属性，可更高效的达到含铀废水处理目的；此外，该方法具于低耗能、无毒化、选择性好、快速高效、可在常温常压下进行等优点。

附图说明

图1为本发明的一种tio2吸附-光催化还原处理含铀废水的方法流程图。

图2为本发明实施例中纳米tio2与(50ml，15.3mg/l)含铀废水溶液反应数据分析图。

图3为本发明实施例中纳米tio2与(100ml，2mg/l)含铀废水溶液反应数据分析图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种tio2吸附-光催化还原处理含铀废水的方法作详细说明

一种采用tio2吸附-光催化还原处理含铀废水的方法，包括如下步骤：

步骤一：通过对采取的铀矿石开展地浸过程，得到初始的高浓度含铀溶液；

步骤二：在初始的含铀废水溶液中加入适当的去离子水直至所需含铀溶液初始溶度c0<20mg/l，低溶度铀矿山含铀废水铀浓度<20mg/l，从而模拟真实的含铀废水；

步骤三：用0.1mol/lhcl或naoh调节含铀废水溶液的ph值至7；

步骤四：提取步骤三处理后的定量含铀废水，将不同重量的纳米tio2分批次投入至定量得含铀废水中；

步骤五：将步骤四中溶液分别在有光照加无纳米tio2、有光照加不同含量纳米tio2、无光照加不同含量纳米tio2这三种条件下进行实验，反应过程在室温下的震荡机中进行；

步骤六：分批次定时间提取适量反应后的含铀废水溶液，通过离心机分离纳米tio2与反应后待测试的含铀溶液,通过icp-ms测定经离心机分离后的含铀溶液铀浓度ct，从而监控整个反应过程。

如上所述步骤二中含铀溶液初始溶度c0为加完合适的去离子水后，icp-ms直接测定得出；其中初始的含铀废水溶液中加入适当的去离子水，加入的去离子水含量根据铀矿石地浸过程中形成的含铀废水溶液浓度来配比确定。

如上所述步骤五还包括：在有光照加无纳米tio2和有光照加不同含量纳米tio2条件下对比实验考察光照条件下tio2含量多少对实验的影响，其中有光照加不同含量纳米tio2条件下的tio2含量分别为：0g、0.1g、0.2g和0.4g；

如上所述有光照加不同含量纳米tio2和无光照加不同含量纳米tio2条件下对比实验考察不同tio2含量的条件下光照有无对实验的影响，其中有光照加不同重量纳米tio2条件下的tio2含量值为：0.05g、0.1g、0.15g和0.2g。

如上所述步骤五中反应过程在震荡机进行还包括：震荡机反应时间等于计划实验时间，所述计划实验时间为120min或140min。

如上所述步骤六中分批次定时间提取适量反应后的含铀废水溶液，测定反应后含铀废水溶液的时间<1h/次。

如上所述步骤六中离心机分离后的含铀溶液铀浓度ct为经过离心机分离tio2后所得的含铀溶液浓度，代表的是反应溶液中未被纳米tio2吸附-催化还原固定的铀浓度，其中被纳米tio2吸附-催化还原固定的铀已沉淀，经离心机分离已不在测试的含铀溶液中；经测定：有光条件下tio2催化剂能将短时间内将含铀废水中u(ⅵ)固定，最高可达到99.0％，并随着tio2催化剂投加量的增加，呈现固定效果增强；有光条件下tio2催化剂对u(ⅵ)呈现出优异的光催化还原活性，还原率最高可达到99.0％，并随着tio2催化剂投加量的增加，呈现还原效果增强的特点，说明纳米tio2通过吸附-光催化还原作用能将含铀废水中u(ⅵ)还原成u(ⅳ)。

如上所述步骤五中震荡机转速为200r/min。

如上所述离心机分离转速为3000r/min。

实例1：将0g，0.1g，0.2g，0.4g纳米tio2投入至u(ⅵ)溶度为15.3mg/l，体积为50ml的含铀u(ⅵ)废水溶液中，用0.1mol/lhcl或0.1mol/lnaoh调节溶液的ph为7，将上述溶液分别在有光照有tio2与有光照无tio2条件下，放于震荡机反应120min，每个30min测定一次反应后含铀废水的铀浓度。实验结果表明，如图1所示，有光条件下tio2催化剂能将短时间内将含铀废水中u(ⅵ)固定，最高可达到99.0％，并随着tio2催化剂投加量的增加，呈现固定效果增强的特点；此外，对比光照+0.1gtio2与光照+0.2gtio2的条件下试验数据曲线图发现，光照+0.2gtio2的条件下出现明显的二段式下将过程，推测开始是吸附作用造成溶液中u溶度下降，而第二段则是tio2光催化还原作用造成，纳米tio2通过吸附-光催化还原作用能将含铀废水中u(ⅵ)还原成u(ⅳ)，可作为一种处理含铀废水的新型材料，从而更高效的达到含铀废水处理及铀资源回收的目的。

实例2：将0.05g，0.1g，0.15g，0.2g纳米tio2投入至u(ⅵ)溶度为2.0mg/l，体积为100ml的含铀u(ⅵ)废水溶液中，用0.1mol/lhcl或0.1mol/lnaoh调节溶液的ph为7，将上述溶液分别在无光照与有光照条件下，放于震荡机反应120min，每个20min测定一次反应后含铀废水的铀浓度。实验结果表明，如图2所示，无光下情况下tio2光催化剂表现出了一定的吸附性，吸附率达到20％，有光条件下tio2催化剂对u(ⅵ)呈现出优异的光催化还原活性，还原率最高可达到99.0％，并随着tio2催化剂投加量的增加，呈现还原效果增强的特点，说明纳米tio2通过吸附-光催化还原作用能将含铀废水中u(ⅵ)还原成u(ⅳ)，可作为一种处理含铀废水的新型材料，从而更高效的达到含铀废水处理及铀资源回收的目的。