一种杯芳烃修饰的磁性纳米吸附剂制备及其吸附低浓度铀的方法技术

本发明专利技术涉及吸附剂4‑磺酰杯[6]芳烃修饰的磁性纳米Fe3O4的制备及其吸附低浓度铀的方法。利用4‑磺酰杯[6]芳烃对磁性纳米Fe3O4的修饰，是通过磁性纳米Fe3O4与4‑磺酰杯[6]芳烃下沿的酚羟基形成Fe‑O键，使磁性纳米Fe3O4与4‑磺酰杯[6]芳烃完成接枝，从而达到修饰的目的。利用4‑磺酰杯[6]芳烃对磁性纳米Fe3O4进行修饰后，可以增加其亲水性，增大表面积，通过络合反应、静电结合等反应使其更好的与UO2

Preparation of magnetic nano adsorbent modified by calixarene and method for adsorbing low concentration uranium

Preparation of magnetic nano adsorbent of the invention relates to Fe3O4 4 sulfonyl calix [6] arene modified method and the adsorption of low concentration uranium. The use of 4 sulfonyl calix [6] arene modified magnetic nanoparticles Fe3O4, by magnetic nano Fe3O4 and 4 sulfonyl calix [6] arene phenolic hydroxyl groups along the formation of Fe under O key, so the magnetic nanometer Fe3O4 and 4 sulfonyl calix [6] arene complete graft, so as to achieve the purpose of modification. Modification of Fe3O4 magnetic nanoparticles using 4 sulfonyl calix [6] arene, can increase its hydrophilicity, increase the surface area, through complexation and electrostatic binding reaction to make it better with UO2

【技术实现步骤摘要】
一种杯芳烃修饰的磁性纳米吸附剂制备及其吸附低浓度铀的方法
本专利技术涉及功能化磁性纳米材料制备及铀污染水体的吸附处理领域，具体涉及一种利用4-磺酰杯[6]芳烃水合物对磁性纳米Fe3O4进行修饰制备功能化磁性纳米吸附剂的方法，及其处理低浓度含铀废水的方法。
技术介绍
铀是重要的战略储备物质，伴随核能开发与核技术应用范围的不断拓展，全球均在大力开发和利用铀资源。铀水冶、铀浓缩、铀产品加工等环节均会产生大量含铀废水，经初步治理后铀浓度仍可达5mg∙L-1左右，约为国家允许排放浓度的125倍，为世界卫生组织规定的最高允许排放浓度的166倍（30μg∙L-1），为天然水体铀浓度的10000倍。铀是一种兼具化学毒性与放射毒性的放射性核素，含铀废水若得不到及时且有效的处理，其放射性核素铀将伴随地表径流和地下渗流扩散到生态圈，经食物链的转移危害生物及人类健康。因此，研究出高效、廉价的对低浓度含铀废水进行处理的方法对维护生态环境及保护人类健康具有十分重要的意义。对低放射性废水处理首先要考虑的是尽可能截留或浓缩水中的放射性物质，尽量减小需要贮存的体积，并转化为不易弥散的状态或固化物，这样可使大体积水得到净化。利用物理和化学方法处理含铀废液是一种比较成熟、可行的方法。目前，国内处理低放射性废水方法主要有化学沉淀法、萃取法、离子交换法、氧化还原法、絮凝法、膜分离法、冷冻法、中子燃烧法等方法，这些方法在实验研究中有较好的治理效果，但实际应用过程中仍存在许多不足，比如处理工艺繁琐复杂、处理成本高、能耗高、铀选择性去除率不高、泥浆量大、易导致二次污染等，且处理对象以高浓度含铀废水为主，对低浓度铀处理效果不佳，且处理成本偏高。而吸附法因其工艺流程简便，铀去除效率高，安全环保等优点而被广泛用于低浓度含铀废水治理研究，并获得了许多研究成果，但因吸附法也存在生产成本高、低浓度铀吸附效率低、回收利用率不高等缺陷，因此，制备出廉价、安全、高效的铀吸附剂是一项具有重要意义的工作。纳米Fe3O4是一种容易制备且价格低廉的磁性纳米材料。本专利技术专利选用纳米Fe3O4为磁性内核，用4-磺酰杯[6]芳烃水合物对磁性纳米Fe3O4进行修饰，制备出一种新的功能化磁性纳米吸附剂。该吸附剂制备过程简便、成本低廉、磁响应性能优良，易于固液分离，对低浓度铀吸附效果好，利用其处理低浓度含铀废水更为经济、高效、便捷。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种吸附容量大、吸附速度快、机械强度大、循环利用效率高、成本较低的新型磁性功能吸附剂的制备及其吸附低浓度铀的方法。这种吸附剂的制备过程是，先让FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O按比例溶于水中，再与溶解了一定量的4-磺酰杯[6]芳烃水合物的蒸馏水混合均匀，在一定温度下搅拌一定时间，充分接触，在碱性条件下，生成4-磺酰杯[6]芳烃修饰的磁性纳米Fe3O4。再利用该吸附剂吸附低浓度铀。具体方案如下：本专利技术提供了一种利用4-磺酰杯[6]芳烃对磁性纳米Fe3O4进行修饰制备功能化磁性纳米吸附剂的方法及其吸附低浓度铀的方法，包括下述步骤：（1）按摩尔比1:2称取FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O，置于烧杯中溶解，再将溶液倒入三口烧瓶中，加入溶解了一定量的4-磺酰杯[6]芳烃水合物的蒸馏水，快速搅拌均匀，在60℃下搅拌30min，用1mol/L的NaOH溶液调PH至11，升温至80℃，在氮气保护下搅拌反应2h。在室温下晶化30min,用蒸馏水洗涤5至6次，得到产物。（2）干燥。将步骤（1）得到的产物，在50℃下真空干燥24h，得到4-磺酰杯[6]芳烃修饰的磁性纳米Fe3O4吸附剂--MFS。（3）吸附。采用制备的4-磺酰杯[6]芳烃修饰的磁性纳米Fe3O4吸附剂，对低浓度铀废水中的铀进行吸附，具体为向含铀废水中投加一定比例的的吸附剂，在一定温度下震荡吸附一定时间，然后用紫外-可见光谱仪测量废水中铀的浓度，计算其吸附率。所述步骤（1）中，称取0.0075molFeCl2·4H2O和0.015molFeCl3·6H2O分别溶于20mL蒸馏水中，称取0.05g4-磺酰杯[6]芳烃水合物溶于10mL蒸馏水中。所述步骤（1）中，三份溶液一起混合加入烧瓶中。60℃搅拌30min。升温至80℃，滴加1mol/L的NaOH溶液调pH至11，80℃继续反应2h。室温下再晶化30min。所述步骤（3）中，采用4-磺酰杯[6]芳烃修饰的Fe3O4磁性材料吸附剂吸附含铀废水中的铀时，含铀废水的pH值为3-9，当pH值为6时，吸附效果最佳，见说明书附图1。接着，向废水中投加一定比例的的吸附剂，比例为0.03~0.20g/L，最佳的比例为0.15g/L，然后，震荡10-360min，最佳震荡时间为210min，震荡温度为20℃，最后，过滤吸附剂，完成对含铀废水中铀的吸附。采用本专利技术专利提供的4-磺酰杯[6]芳烃修饰的Fe3O4磁性纳米材料吸附剂的制备及其吸附低浓度铀的方法，与单独采用Fe3O4磁性材料吸附低浓度铀相比，本专利技术专利技术具有以下优势：(1)本专利技术专利提供的方法，在相同pH条件下，对低浓度铀的吸附率更高，pH值在3-6范围时，随着pH值增大，铀吸附率增加，当pH值在6-9的范围时，随着pH值增加，吸附率有所降低，见说明书附图1。（2）本专利技术专利提供的方法，在相同的时间内，对低浓度铀的吸附率更高，且在10-60min内，随着时间的延长，吸附率显著增加，在60-270min内，随着时间的延长，吸附量变化不显著，见说明书附图2。本专利技术专利提供的吸附剂比磁性纳米Fe3O4吸附剂的吸附率更大。（3）本专利技术专利提供的方法，在相同的温度条件下，对废水中的低浓度铀的吸附率更高，且在50-70℃的范围内，吸附率的波动不大，见说明书附图3。本专利技术专利提供的吸附剂比磁性纳米Fe3O4吸附剂吸附率更高、吸附效果更为稳定。（4）本专利技术专利提供的方法，在相同的初始铀浓度下，对低浓度铀的吸附率更高，且在1.5-2.5mg/L的范围内，随着初始铀浓度的增加，吸附率也增加，见说明书附图4。本专利技术专利提供的功能化吸附剂比磁性纳米Fe3O4吸附剂铀吸附率更高、吸附效果更好。（5）本专利技术专利提供的方法，在吸附剂的投加量相同时，随着铀的浓度的增加，其吸附率也有所增加，当投加量在0.06-0.15g/L的范围内时，随着投加量的增加，吸附率也增加，当投加量进一步增加时，吸附率变化不显著，反而有降低的趋势，见说明书附图5。本专利技术专利提供的吸附剂比磁性纳米Fe3O4吸附剂的吸附率更高、吸附效果更好。附图说明图1磁性纳米Fe3O4吸附剂和本专利技术专利提供的4-磺酰杯[6]芳烃修饰的磁性纳米Fe3O4吸附剂在不同pH条件下吸附低浓度铀的效果对比，图2磁性纳米Fe3O4吸附剂和本专利技术专利提供的4-磺酰杯[6]芳烃修饰的磁性纳米Fe3O4吸附剂在不同吸附时间内吸附低浓度铀的效果对比，图3磁性纳米Fe3O4吸附剂和本专利技术专利提供的4-磺酰杯[6]芳烃修饰的磁性纳米Fe3O4吸附剂在不同温度下吸附低浓度铀的效果对比，图4磁性纳米Fe3O4吸附剂和本专利技术专利提供的4-磺酰杯[6]芳烃修饰的磁性纳米Fe3O4吸附剂在不同初始铀浓度下吸低浓度铀的效果对比，图5磁性纳米Fe3O4吸附剂和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用4‑磺酰杯[6]芳烃修饰磁性纳米Fe3O4吸附剂的制备，利用4‑磺酰杯[6]芳烃在制备磁性纳米Fe3O4时对Fe3O4进行功能化修饰，其特征在于，利用Fe

【技术特征摘要】
1.一种利用4-磺酰杯[6]芳烃修饰磁性纳米Fe3O4吸附剂的制备，利用4-磺酰杯[6]芳烃在制备磁性纳米Fe3O4时对Fe3O4进行功能化修饰，其特征在于，利用Fe2+溶液、Fe3+溶液与4-磺酰杯[6]芳烃溶液的混合，在碱性条件下共沉淀形成Fe3O4的Fe-O键时也形成了Fe3O4与4-磺酰杯[6]芳烃的Fe-O键，使磁性纳米Fe3O4被接上了4-磺酰杯[6]芳烃，具体步骤为：将Fe2+溶液、Fe3+溶液、4-磺酰杯[6]芳烃溶液混合在一起，加热搅拌30min，升高温度，继续搅拌加热，然后逐滴加入氢氧化钠溶液调pH，反应2h，室温下晶化，再用蒸馏水洗涤，得到产物；干燥，将步骤（1）得到的产物放在50℃下真空干燥24h，得到4-磺酰杯[6]芳烃修饰的Fe3O4磁性纳米吸附剂。2.根据权利要求1所述的一种利用4-磺酰杯[6]芳烃修饰的磁性纳米Fe3O4吸附剂的制备，其特征在于，所述步骤（1）中，分别溶于20mL蒸馏水的FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O的摩尔比为1：2，溶于蒸馏水的4-磺酰杯[6]芳烃的加入量为0.005g/mL。3.根据权利要求1所述的一种利用4-磺酰杯[6]芳烃修饰的磁性纳米Fe3O4吸附剂的制备，其特征在于，所述步骤（1）中，在混合液温度达到60℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：李乐，廖琪，袁亚莉，成彬，唐双阳，卢炜，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43