一种利用天然改性纤维处理含铀洗衣废水的方法

技术领域

本发明属于放射性废水处理领域，具体涉及一种基于磷酸基团修饰的酰胺化丝瓜络纤维的合成方法，及其对含铀洗衣废水中铀高效提取。

背景技术

核工业领域正处在快速发展阶段，对铀资源的需求日益增大。在核燃料元件生产过程中将产生一类低浓度含铀洗衣废水，污染物除缩聚磷酸盐、油污，织物纤维、颗粒杂质外，主要是洗涤剂中所含有的表面活性剂等有机物，与常规含铀工艺废水相比水质更为复杂，需要开发更耐污和高选择性的净化材料。目前国内外成熟的适用于核电厂放射性废水的处理技术包括过滤、膜处理、蒸发浓缩、吸附、离子交换等。但由于含铀洗衣废水中悬浮物颗粒物较多，易被交换到树脂上，阻塞了离子交换的通道，同时膜材料也易发生堵塞。因此，急需开发一种从含铀洗衣废水中高效提铀的方法。功能化纤维作为一类配位型聚合物，是含有特殊功能基团的金属离子吸附分离材料，可用于金属离子的富集分离，相比于常用的工业聚丙烯腈基材，天然丝瓜络纤维具有良好的可降解性和耐有机污染，同时它轻便、耐磨，机械强度较高，孔隙结构发达，廉价易得，酰胺基团和磷酸基团对铀酰离子具有较强的亲和力和配位能力形成络合物，。本发明所述的XKXW-Ⅺ采用丝瓜络为基体材料，通过水热化学接枝反应引入酰胺基和磷酸基官能团，制备方法简单，制备得到的XKXW-Ⅺ性能稳定，亲水性良好，吸附容量较高，再生性能较好，具有较好选择吸附性的和抗有机干扰能力。目前尚未见到有将该类天然改性纤维应用在含铀洗衣废水领域的报道。XKXW-Ⅺ对于解决核资源的紧缺和潜在的环境问题具有潜在的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用磷酸/酰胺化丝瓜络处理含铀洗衣废水的方法。其中，包括XKXW-Ⅺ的合成，及其对含铀洗衣废水的净化和对铀资源的回收。

本发明以丝瓜络为基体材料，首先对丝瓜络纤维进行碱化处理，再通过水热反应将酰胺基基团和磷酸基团接枝到碱化后的纤维上，合成XKXW-Ⅺ。利用有效官能团与金属离子的螯合性能，高效提取含铀洗衣废水的铀。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

（1）LF的预处理：将一定量的丝瓜络纤维剪小块用纯水浸泡，持续一段时间，换水后再超声。然后在80 ℃-100 ℃下，将小块的丝瓜络纤维完全浸没在5%-10%NaOH溶液中，加热。用水洗涤处理后的丝瓜络纤维，保证丝瓜络纤维上的NaOH被洗脱，将丝瓜络纤维放入烘箱中，干燥，得到的碱化丝瓜络纤维命名为LFA。

（2）LFA的氨化：将一定量的LFA，0.5 g-1.0 g的硝酸铈铵（CAN）、0.01 mol/L-0.05mol/L的HNO

（3）LFA-N接枝磷基：将LFA-N丝瓜络样品，浸没于30 mL-50 mL无水乙腈（C

为了高效地去除含铀洗衣废水的铀，可以采取如下措施：

（1）为了更好地制备XKXW-Ⅺ，接枝前先将丝瓜络纤维在去离子水中中浸泡12-24h，再进行碱化处理。

（2）在一定范围内，提高反应温度、酰胺化剂、磷酸化试剂浓度或延长反应时间均有利于丝瓜络纤维的酰胺化和磷酸化；

本发明提供一种利用磷酸/酰胺化丝瓜络处理含铀洗衣废水的方法，相比现在技术有以下优点：

（1）XKXW-Ⅺ亲水性明显增强，对目标离子的吸附容量显著增加；此外，在U、Mg、Ca、K、Ba、Sn、Ni、Sr等多种元素共存的废水中，XKXW-Ⅺ对铀具有较强的选择吸附性，铀去除率（≥82.84 %）及饱和吸附容量较高（≥333.111 mg/g）。

（2）XKXW-XI在pH=6左右的条件下对铀的吸附容量可达100 mg/g左右，可应用于大部分含铀洗衣废水；

（3）作用时间较短，在1-2 h内可使反应达到平衡。

（4）对环境友好，无二次污染，适用于含铀洗衣废水的高效处理和资源回收，循环性能良好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1 XKXW-Ⅺ接枝示意图

图2 离子强度对XKXW-Ⅺ铀吸附性能的影响

图3 初始铀浓度影响(a)，Langmuir(b)和 Freundlich等温模型(c)的拟合结果

图4 为XKXW-Ⅺ对真实含铀洗衣废水中各组分的去除率（a）和分配系数（b）。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例1

取0.02 g XKXW-Ⅺ，加入50 ml，初始铀浓度为50 mg/L，NaCl浓度为0.1、0.01、0.001 mol/L的铀溶液，pH分别为3、4、5、6、7、8、9、10、11，反应2 h，反应温度分别设为25℃，取上清液分析铀浓度，结果如图2。结果表明吸附最佳pH=6，在该条件下吸附量达到98.333 mg/g（NaCl浓度0.001 mol/L）、94.667 mg/g（NaCl浓度0.01 mol/L）、90.5 mg/g(NaCl浓度0.1 mol/L)，由此可见NaCl对XKXW-Ⅺ吸附铀的抑制程度不大。

实施例2

分别移取浓度为50、100、150、200、250、300、350 mg/L的铀溶液50.0 mL于锥形瓶中，在25、35、45 ℃的条件下，用1.0 mol/L HCl和Na

实施例3

移取浓度为100 mg/L的铀溶液50 mL于锥形瓶中，用1.0 mol/L HCl和Na2CO3溶液调节其pH至6.0，并加入0.020 g XKXW-Ⅺ，作用120 min，过滤，得上清液1。将吸附铀后的XKXW-Ⅺ加入50 mL 0.5 mol/L的HNO3溶液中，静置1-2 h，过滤，得上清液2。利用ICP-MS测试上清液1和上清液2中铀的浓度，根据吸附平衡公式计算出XKXW-Ⅺ对铀的吸附容量和去除率。重复以上实验5次，以探索XKXW-Ⅺ的循环利用行性。当循环再生4次时，吸附率仍在90%以上，且解吸率没有太大变化，重复循环利用5次后吸附解吸性能略有降低，但吸附率仍能保持在80 %以上。由此表明，XKXW-Ⅺ具有良好的循环利用性能。

实施例4

为了验证XKXW-Ⅺ的实际应用效果，使用XKXW-Ⅺ处理处理真实含铀洗衣废液，废液包括U、Mg、Ca、Ba、Ni、K、Sr、Sn等元素,COD浓度75 mg/L（洗衣废水微滤后）取0.02 gXKXW-Ⅺ，加入50 mL含铀洗衣废液，在25 ℃的条件下，反应2 h，结果如图4所示。XKXW-Ⅺ对铀的去除率和分配系数Kd分别为82.84 %和12068 mL·g-1，COD浓度为46 mg/L，表现出较好的选择吸附性，具有较好的应用前景。