一种基于羟基磷灰石的铀吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于羟基磷灰石的铀吸附剂及其制备方法，该铀吸附剂由以下原料组成：二水合氯化钙、聚天门冬氨酸、磷酸氢二铵。本发明专利技术以生物大分子天门冬氨酸为模板仿生合成羟基磷灰石，模拟生物矿化过程，具有十分良好的生物相容性，不会产生二次污染。本发明专利技术提出的铀吸附剂为分级中空微球且表面附有纳米棒，因而具有高比表面积，从而有更多的吸附位点可以和铀酰离子结合，可以快速有效的处理含铀废水。本发明专利技术制备铀吸附剂的工艺简单、操作快捷，对设备和工艺条件无苛刻要求，容易操作，重复性好，适合大批量生产和工程应用。

A Uranium Adsorbent Based on Hydroxyapatite and Its Preparation Method

The invention provides a uranium adsorbent based on hydroxyapatite and a preparation method thereof. The uranium adsorbent comprises the following raw materials: calcium chloride dihydrate, polyaspartic acid and ammonium hydrogen phosphate. The invention synthesizes hydroxyapatite biomimetically using biological macromolecule aspartic acid as template, simulates biomineralization process, has very good biocompatibility, and does not produce secondary pollution. The uranium adsorbent provided by the invention is a graded hollow microsphere with nanorods attached to the surface, thus having a high specific surface area, so that more adsorption sites can be combined with uranyl ions, and uranium-containing wastewater can be treated quickly and effectively. The uranium adsorbent prepared by the invention has the advantages of simple process, fast operation, no stringent requirements for equipment and process conditions, easy operation and good repeatability, and is suitable for mass production and engineering application.

【技术实现步骤摘要】
一种基于羟基磷灰石的铀吸附剂及其制备方法
本专利技术涉及含铀废水处理领域，具体涉及一种基于羟基磷灰石的铀吸附剂及其制备方法。
技术介绍
为了满足全球能源需求的增长，近年来核能因环境友好和高效率而迅速发展，其中铀在核能的使用中是必不可少的原料。伴随我国核电及其他核工程的迅猛发展，在核工业各个领域，如铀矿的开采、水冶铀的精制提纯及加工、核燃料制造、核电站运行、医院放射科室、反应堆燃料后处理，以及尾矿贮存等，都会产生大量的放射性含铀废水，且其种类和数量越来越多。铀作为放射性重金属元素，其放射性和化学毒性不容忽视。当铀通过水体进入人体内后，会发生内照射，其衰变放出的α粒子就会破坏肌体内部细胞组织、破坏肾脏、肺等重要器官的功能。随着核技术的发展，铀资源的开采、铀冶炼以及核废物处置都会产生大量的含铀放射性废物如含铀废水，为了减少它们对环境所造成的影响，在对这些废物填埋或排放前需要进行一些处理，如不妥善处理将会导致土壤和水体污染，破坏生态环境，严重危害人类健康。国内外目前采用了化学法、生物法、矿物法、物理法来处理含放射性废水，这些方法具有各自的优点，但也存在不同程度的不足。鉴于经济、安全和高效等方面的考虑，目前趋向于采用吸附法。而吸附法的关键是吸附材料的选择与制备。例如：中国专利文献CN103920448B提供了一种二氧化锰铀吸附剂的制备方法及应用方法。中国专利文献CN1058798358B提供了一种以油页岩半焦为原料制备铀吸附材料的方法。中国专利文献CN104941591B提供了一种改性植物叶片为吸附剂去除低浓度铀的方法。羟基磷灰石具有良好的重金属吸附性，适合于处理水体和土壤中的重金属离子。羟基磷灰石具有良好的生物性能，是一种优异的骨修复替代材料，成为生物医药重点研究对象。但由于其特有的多孔型结构、大比表面积、较强的吸附能力，同时与环境具有良好的协调性，不造成二次污染，已经成为一种新型的环境功能材料。羟基磷灰石具有良好的重金属吸附性能，已经广泛应用于处理废水和土壤中的重金属离子。因此，对含铀放射性废水的处理和控制，发展一种高效的含铀废水净化技术是十分迫切的现实需要。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种高效的吸附剂及其制备方法，从含铀废水中快速有效的去除铀。一种基于羟基磷灰石的铀吸附剂，该铀吸附剂由以下原料组成：二水合氯化钙、聚天门冬氨酸、磷酸氢二铵。优选地，所述基于羟基磷灰石的铀吸附剂由以下重量份原料组成：3-4份二水合氯化钙、10-12份聚天门冬氨酸、1-2份磷酸氢二铵。优选地，所述基于羟基磷灰石的铀吸附剂由以下重量份原料组成：3份二水合氯化钙、10份聚天门冬氨酸、1份磷酸氢二铵。优选地，所述基于羟基磷灰石的铀吸附剂具有介孔，其孔径为10-11nm，比表面积为180-190m2/g。本专利技术的另一目的在于，还提供上述铀吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将二水合氯化钙和聚天门冬氨酸同时溶解，得到溶液A；将磷酸氢二铵溶解，得到溶液B；(2)将溶液A与溶液B混合均匀，得到混合溶液，并调节pH值至5-5.5；(3)将步骤(2)得到的混合溶液倒入反应釜中，置于烘箱中在160-200℃下保持22-24小时；(4)取出步骤(3)得到的反应物，洗涤、过滤、干燥即得到所述铀吸附剂。优选地，所述步骤(2)的混合溶液，其pH值为5。优选地，所述步骤(3)中烘箱温度为180℃，其时间为24h。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：生物磷灰石作为天然矿物材料，广泛存在于自然界中，具有生态环境协调、相容的特征。本专利技术以生物大分子天门冬氨酸为模板仿生合成羟基磷灰石，模拟生物矿化过程，具有十分良好的生物相容性，不会产生二次污染。本专利技术提出的铀吸附剂为分级中空微球且表面附有纳米棒，因而具有高比表面积，从而有更多的吸附位点可以和铀酰离子结合，形成稳定的磷酸铀酰矿物钙铀云母，十分钟内即可达到吸附平衡，最大吸附量可以达到895mg/g，可以快速有效的处理含铀废水，在放射性污染防治领域有广阔的应用前景。本专利技术制备铀吸附剂的工艺简单、操作快捷，对设备和工艺条件无苛刻要求，容易操作，重复性好，适合大批量生产和工程应用。附图说明图1：为实施例1制备的羟基磷灰石铀吸附剂的扫描电镜和透射电镜图。图2：为实施例1制备羟基磷灰石铀吸附剂的氮气吸附-脱附等温线和孔径分布图。图3：为实施例2制备的吸附剂对铀的吸附容量与吸附时间的关系图。图4：为实施例3制备的吸附剂不同平衡浓度的吸附容量图。具体实施方式下面结合具体实施例及附图对本专利技术做进一步的说明，以助于理解本专利技术的内容。实施例1(1)将40mL水倒入烧杯，按照每份质量为0.2g，加入3份二水合氯化钙粉末和10份聚天门冬氨酸粉末，搅拌溶解，得到溶液A；将30mL水倒入烧杯，加入1份磷酸氢二铵粉末，将搅拌溶解得到的溶液B；(2)将溶液A与溶液B混合均匀，得到混合溶液，用稀盐酸和稀氨水将溶液的pH调至5；(3)将步骤(2)得到的混合溶液加入聚四氟乙烯瓶中，装入不锈钢反应釜，放入烘箱中在180摄氏度下保持24小时；(4)取出步骤(3)得到的反应物，洗涤、过滤、干燥即得到所述铀吸附剂。将实施例1制备的铀吸附剂进行电镜扫描，结果如图1所示，图1表明本专利技术中的铀吸附剂为表面伴随纳米棒的分级中空微球；图2表明本专利技术中的铀吸附剂的吸附平衡等温线为Ⅳ型，表明吸附剂具有介孔，比表面积为182.6m2/g，孔径为10.5nm。实施例2：以实施例1制得的铀吸附剂作为样品，测定铀吸附性能与吸附时间的关系，测定方法如下：(1)配制50mL初始浓度为40mg/L的铀溶液，调节溶液pH＝3；(2)加入0.01g实施例1制备的吸附剂到步骤1中的溶液中，于室温下振荡反应，在不同的时刻依次取样，将水样过滤后备用；(3)用测铀仪检测步骤2中得到的水样中的铀浓度，计算铀吸附量。结果如图3所示，图3表明本专利技术中的铀吸附剂具有优异的吸附效果：处理初始浓度为50mg/L的模拟含铀废水，五分钟左右即可达到吸附平衡，吸附容量达到199mg/L，去除率高达99.5％。实施例3以实施例1制得的铀吸附剂作为样品，测定不同平衡浓度下的吸附容量，测定方法如下：(1)配制浓度梯度为40、80、120、160、200、240mg/L，初始浓度pH＝3的铀溶液各50mL；(2)分别加入0.01g实施例1制备的吸附剂到步骤1中的溶液中，于室温下振荡反应，反应达到平衡以后取样，将水样过滤后备用；(3)用测铀仪检测步骤2中得到的水样中的铀浓度，计算不同平衡浓度下吸附剂的吸附容量。结果如图4所示，表明本专利技术中的吸附剂吸附容量较大，可以用于处理高浓度含铀废水，最大吸附容量可达到895mg/L。以上所述实施例仅表达了本专利技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。因此，本专利技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于羟基磷灰石的铀吸附剂，其特在于，该铀吸附剂由以下原料组成：二水合氯化钙、聚天门冬氨酸、磷酸氢二铵。

【技术特征摘要】
1.一种基于羟基磷灰石的铀吸附剂，其特在于，该铀吸附剂由以下原料组成：二水合氯化钙、聚天门冬氨酸、磷酸氢二铵。2.如权利要求1所述的基于羟基磷灰石的铀吸附剂，其特在于，所述铀吸附剂由以下重量份原料组成：3-4份二水合氯化钙、10-12份聚天门冬氨酸、1-2份磷酸氢二铵。3.如权利要求1所述的基于羟基磷灰石的铀吸附剂，其特在于，所述铀吸附剂由以下重量份原料组成：3份二水合氯化钙、10份聚天门冬氨酸、1份磷酸氢二铵。4.如权利要求1-3任一项所述的基于羟基磷灰石的铀吸附剂，其特在于，所述铀吸附剂具有介孔，其孔径为10-11nm，比表面积为180-190m2/g。5.一种如权利要求1-4任一项所述的基于羟...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏敏华，吴焰宏，陈迪云，徐锐冰，叶清普，刘泽权，彭海榕，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44