一种含铀水体处理方法

本发明涉及水处理，具体涉及一种含铀水体处理方法。

背景技术：

1、核能发电(简称核电)是一种利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式，其可以持续提供电力，且温室气体排放量极低，应用前景十分广阔。然而，核能发电会产生大量含有铀、锶、钚等放射性元素的废水，铀(vi)及其化合物具有剧毒，可导致肾衰竭，还可能导致基因突变、癌症等。因此，有效地回收铀元素符合经济发展和环境友好的大方向。目前，含铀废水的处理方法主要包括沉淀法、混凝法、离子交换法和吸附法，这些方法并不适用于处理低浓度的含铀废水，应用受到很大限制，难以满足实际应用要求。

2、研究发现，按照目前核能发电对于铀的消耗速度，陆地矿山的铀资源的供应仅够持续80年左右，铀的短缺问题不容忽视。海水中的铀储量约为陆地铀储量的1000倍，因此从海水中提取铀具有十分广阔的应用前景。然而，海水中铀的含量很低(约3μg/l)，海水提铀通常需要较长的浓缩周期，能源消耗大，且海水中还存在钠离子、钾离子等共存离子的竞争作用，铀离子的提取难度很大。

3、因此，开发一种铀离子提取效果好、效率高、吸附材料制备简单、吸附材料可循环使用、适用于低浓度含铀水体(例如：铀含量低的废水、海水)的含铀水体处理方法具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种含铀水体处理方法。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种含铀水体处理方法包括以下步骤：将电吸附装置通电，再将含铀水体通入电吸附装置使含铀水体透过电吸附装置内部的氮掺杂活性炭毡进行电吸附，再将电吸附装置的电极反接后用洗脱液对氮掺杂活性炭毡吸附的铀离子进行洗脱，即得含铀提取液。

4、优选地，所述含铀水体为含铀废水、海水中的一种。

5、优选地，所述电吸附装置包括依次设置的下模、第一电极片、中模、氮掺杂活性炭毡、第二电极片和上模；所述下模设置有进水口，且设置有容纳第一电极片的空腔；所述氮掺杂活性炭毡设置在由中模和上模构成的空腔内，且与第二电极片接触；所述上模设置有出水口，且设置有容纳第二电极片的空腔；所述下模、第一电极片、中模、第二电极片和上模均设置有贯穿的孔洞。

6、优选地，所述第一电极片的直径为10mm～1000mm，厚度为2mm～3mm。

7、优选地，所述第二电极片的直径为10mm～1000mm，厚度为2mm～3mm。

8、优选地，所述下模和中模采用可拆卸连接。

9、优选地，所述中模和上模采用可拆卸连接。

10、优选地，所述第一电极片和第二电极片均连接有导线。

11、优选地，所述下模、中模和上模之间的边缘采用聚四氟乙烯卡套密封。

12、优选地，所述氮掺杂活性炭毡与第一电极片之间设置有空隙。

13、优选地，所述氮掺杂活性炭毡通过以下方法制成：将活性炭毡浸入甲酰胺水溶液中进行水热反应，再取出活性炭毡置于保护气氛中进行煅烧。

14、优选地，所述甲酰胺水溶液的体积百分比浓度为25％～100％。

15、进一步优选地，所述甲酰胺水溶液的体积百分比浓度为50％～100％。

16、优选地，所述水热反应在温度为120℃～180℃的条件下进行，反应时间为8h～24h。

17、进一步优选地，所述水热反应在温度为150℃～180℃的条件下进行，反应时间为12h～18h。

18、优选地，所述保护气氛为氮气气氛。

19、优选地，所述煅烧的具体操作为：以2℃/min～10℃/min的升温速率从室温升温至600℃～1000℃，再保温1h～3h。

20、进一步优选地，所述煅烧的具体操作为：以3℃/min～7℃/min的升温速率从室温升温至700℃～900℃，再保温1h～3h。

21、优选地，所述含铀水体中铀离子的浓度为5mg/l～50mg/l。

22、进一步优选地，所述含铀水体中铀离子的浓度为5mg/l～10mg/l。

23、优选地，所述含铀水体的ph值为4～12。

24、进一步优选地，所述含铀水体的ph值为6～10。

25、优选地，所述含铀水体通过电吸附装置的流速为2ml/min～20ml/min。

26、优选地，所述电吸附在电压为0.4v～3v的条件下进行，电吸附的时间为0.5h～5h。

27、进一步优选地，所述电吸附在电压为0.5v～1v的条件下进行，电吸附的时间为2h～4h。

28、优选地，所述洗脱液为浓度0.001mol/l～1mol/l的硫酸钠溶液。

29、进一步优选地，所述洗脱液为浓度0.08mol/l～0.12mol/l的硫酸钠溶液。

30、优选地，所述洗脱在电压为1v～2v的条件下进行，洗脱的时间为0.5h～5h。

31、本发明的有益效果是：本发明的含铀水体处理方法具有铀离子提取效果好、吸附材料制备简单、吸附材料可循环使用、设备简单、操作简单易行、适用于低浓度含铀水体等优点，适合进行大规模工业化应用。

32、具体来说：

33、1)本发明的含铀水体处理方法简单易行，所需设备简单，在低电压的条件下便可以对低浓度含铀水体中的铀离子发挥较好的电吸附效果；

34、2)本发明中进行电吸附所需原材料为已商业化的成型碳材料，价格低廉，无需粘合剂，可裁剪成多种形状，比表面积大，密度低，电导率高，电阻低，孔径可控，氮掺杂改性后吸附效果明显提升，易于实现大批量制备；

35、3)本发明中吸附铀离子的改性活性炭毡材料可以原位有效再生，从而可以实现循环吸附回收铀元素；

36、4)本发明的含铀水体处理方法适用于处理低浓度含铀水体(例如：铀含量低的废水、海水)，具有非常好的工业化应用前景。

技术特征：

1.一种含铀水体处理方法，其特征在于，包括以下步骤：将电吸附装置通电，再将含铀水体通入电吸附装置使含铀水体透过电吸附装置内部的氮掺杂活性炭毡进行电吸附，再将电吸附装置的电极反接后用洗脱液对氮掺杂活性炭毡吸附的铀离子进行洗脱，即得含铀提取液。

2.根据权利要求1所述的含铀水体处理方法，其特征在于：所述电吸附装置包括依次设置的下模、第一电极片、中模、氮掺杂活性炭毡、第二电极片和上模；所述下模设置有进水口，且设置有容纳第一电极片的空腔；所述氮掺杂活性炭毡设置在由中模和上模构成的空腔内，且与第二电极片接触；所述上模设置有出水口，且设置有容纳第二电极片的空腔；所述下模、第一电极片、中模、第二电极片和上模均设置有贯穿的孔洞。

3.根据权利要求1所述的含铀水体处理方法，其特征在于：所述氮掺杂活性炭毡通过以下方法制成：将活性炭毡浸入甲酰胺水溶液中进行水热反应，再取出活性炭毡置于保护气氛中进行煅烧。

4.根据权利要求3所述的含铀水体处理方法，其特征在于：所述水热反应在温度为120℃～180℃的条件下进行，反应时间为8h～24h。

5.根据权利要求3所述的含铀水体处理方法，其特征在于：所述煅烧的具体操作为：以2℃/min～10℃/min的升温速率从室温升温至600℃～1000℃，再保温1h～3h。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的含铀水体处理方法，其特征在于：所述含铀水体中铀离子的浓度为5mg/l～50mg/l。

7.根据权利要求1～5中任意一项所述的含铀水体处理方法，其特征在于：所述含铀水体的ph值为4～12。

8.根据权利要求1～5中任意一项所述的含铀水体处理方法，其特征在于：所述含铀水体通过电吸附装置的流速为2ml/min～20ml/min。

9.根据权利要求1～5中任意一项所述的含铀水体处理方法，其特征在于：所述电吸附在电压为0.4v～3v的条件下进行，电吸附的时间为0.5h～5h。

10.根据权利要求1～5中任意一项所述的含铀水体处理方法，其特征在于：所述洗脱液为浓度0.001mol/l～1mol/l的硫酸钠溶液。

技术总结
本发明公开了一种含铀水体处理方法，其包括以下步骤：将电吸附装置通电，再将含铀水体通入电吸附装置使含铀水体透过电吸附装置内部的氮掺杂活性炭毡进行电吸附，再将电吸附装置的电极反接后用洗脱液对氮掺杂活性炭毡吸附的铀离子进行洗脱，即得含铀提取液。本发明的含铀水体处理方法具有铀离子提取效果好、吸附材料制备简单、吸附材料可循环使用、设备简单、操作简单易行、适用于低浓度含铀水体等优点，适合进行大规模工业化应用。

技术研发人员：曹永海,陈双,黄江南,余皓,王浩帆,王红娟
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10