一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法

本发明属于水处理，具体涉及一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法。

背景技术：

1、铀是核能发展的主要能源，但随着核工业的快速发展产生了大量的含铀废水，其具有成分复杂、浓度低、毒性强并具有放射性等特点。目前，常用的含铀废水处理方法有化学沉淀法、混凝法、光催化法、化学还原法、离子交换法、生物法和吸附法等，其中吸附法以操作简单、吸附效率快、铀选择性高、吸附容量大等特点深受学者关注。近几年用于铀吸附的各种材料得到快速发展，如活性炭、纳米零价铁、介孔硅、金属有机框架材料和共价有机框架材料。

2、近年来，具有核壳结构的纳米零价铁(nzvi)由于其具有效率高、容量大、活性强等特性成为吸附废水中u、cd、ni等重金属的主要材料。但是，nzvi被用作吸附剂时存在nzvi颗粒容易团聚和氧化，导致稳定性差的缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法，本发明提供的碳基材料不易团聚和氧化，稳定性能优异。

2、为了实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种碳基材料，包括碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的纳米零价铁颗粒。

4、优选地，所述碳基材料中纳米零价铁颗粒的质量含量为4～6％。

5、优选地，所述纳米零价铁颗粒的粒径为200～300nm。

6、本发明还提供了上述技术方案所述碳基材料的制备方法，包括以下步骤：

7、将铁氰化钾、葡萄糖、ph调节剂和水混合，得到前驱液；

8、将所述前驱液和碳材料混合，进行水热反应，得到碳基材料前驱体；

9、将所述碳基材料前驱体进行炭化，得到所述碳基材料。

10、优选地，所述碳材料由碳纤维组成；所述碳材料、铁氰化钾与葡萄糖的质量比为1:2～3:1。

11、优选地，所述水热反应的温度为110～130℃，时间为4～6h。

12、优选地，所述炭化的温度为700～1000℃，时间为6～8h。

13、本发明还提供了上述技术方案所述碳基材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的碳基材料在净化含铀废水中的应用。

14、本发明还提供了一种含铀废水净化方法，包括以下步骤：

15、将碳基材料和含铀废水混合进行吸附；所述碳基材料为上述技术方案所述碳基材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的碳基材料。

16、优选地，所述碳基材料和含铀废水的固液比为1.2～1.6g/l。

17、本发明提供了一种碳基材料，包括碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的纳米零价铁颗粒。本发明通过在碳基体内掺杂纳米零价铁以及将纳米零价铁颗粒负载在碳基体表面，碳基材料能够加大纳米零价铁颗粒的扩散，有效防止纳米零价铁颗粒团聚，同时，碳材料的包裹能够减缓纳米零价铁氧化的缺陷，提高了碳基材料中的纳米零价铁颗粒的稳定性；而填充在碳基体孔隙内部的纳米零价铁颗粒具有吸附还原铀的作用。

18、将本发明提供的碳基材料应用于含铀废水净化，对铀离子的去除效果优异，由本发明实施例结果可知，本发明对浓度为5～250mg/l的含铀废水可在2～6h内达到90％以上的去除率，证明本发明提供的碳基材料吸附性能优异。此外，本发明的碳基材料的回收过程中没有毒性、腐蚀性和放射性，不会造成二次污染。

技术特征：

1.一种碳基材料，包括碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的纳米零价铁颗粒。

2.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，所述碳基材料中纳米零价铁颗粒的质量含量为4～6％。

3.根据权利要求1或2所述的碳基材料，其特征在于，所述纳米零价铁颗粒的粒径为200～300nm。

4.权利要求1～3任一项所述碳基材料的制备方法，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料由碳纤维组成；所述碳材料、铁氰化钾与葡萄糖的质量比为1:2～3:1。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为110～130℃，时间为4～6h。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述炭化的温度为700～1000℃，时间为6～8h。

8.权利要求1～4任一项所述碳基材料或权利要求5～7任一项所述制备方法制备得到的碳基材料在净化含铀废水中的应用。

9.一种含铀废水净化方法，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述含铀废水净化方法，其特征在于，所述碳基材料和含铀废水的固液比为1.2～1.6g/l。

技术总结
本发明提供了一种碳基材料及其制备方法和应用、含铀废水净化方法，涉及水处理技术领域。本发明所述碳基材料，包括碳基体和填充在碳基体孔隙内部以及负载在碳基体表面的纳米零价铁颗粒。本发明通过在碳基体内掺杂纳米零价铁以及将纳米零价铁颗粒负载在碳基体表面，碳基材料能够加大纳米零价铁颗粒的扩散，有效防止纳米零价铁颗粒团聚和氧化的缺陷，提高了碳基材料中的纳米零价铁颗粒的稳定性。将本发明所述碳基材料应用于含铀废水净化，对铀离子的去除效果优异，并且本发明的碳基材料回收过程中没有毒性、腐蚀性和放射性，不会造成二次污染。

技术研发人员：曾庆意,彭国文,郭帅帅,张清彦,唐国龙,曾庆明,郝云蛟,陈艳琳,陶鑫宇
受保护的技术使用者：南华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15