申请日2018.07.16
公开(公告)日2018.11.23
IPC分类号B01J20/10; G21F9/12; G21F9/20; B01J20/30
摘要
本发明涉及一种吸附剂的制备方法及其应用。一种用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，1)将钢渣粉末和0.2%～30的%硫酸溶液按照质量：体积比为1:2～8的比例混合;2)置于恒温振荡器中振荡1～28小时;3)将用硫酸溶液浸泡过的钢渣过滤，烘干，然后置于300～700℃的马弗炉中焙烧;4)将焙烧的钢渣研磨成粉末，过‑200～160目筛网，即获得改性的钢渣吸附剂。所述的改性钢渣吸附剂进行含铀废水处理的方法，1)含铀废水中铀的浓度为1～50 mg/L，调节含铀废水的pH值为2～7;2)将制备的改性钢渣吸附剂投加到含铀废水中，投加量为2～40 g/L，然后置于恒温振荡器中振荡，吸附去除铀酰离子。利用本发明制备方法制得的吸附剂成本低廉、对铀的吸附效果好。
权利要求书
1.一种用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，以钢渣为原料，通过对钢渣进行改性处理制备而成，其制备过程如下：
1)称取一定量的钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:2～8的比例混合;质量单位以Kg/g计，体积单位以L/m L计，采用的硫酸浓度为0.2%～30% ;
2)将钢渣和硫酸溶液的混合物置于恒温振荡器中振荡1～28小时;恒温振荡器温度为20～30℃，振荡速度为150～200r/min;
3)将用硫酸溶液浸泡过的钢渣过滤，烘干，然后置于300～700℃的马弗炉中焙烧1～2小时
4)将焙烧的钢渣研磨成粉末，过-200～160目筛网，即获得改性的钢渣吸附剂。
2.根据权利要求1所述的用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，其特征在于：钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:2～3的比例混合。
3.根据权利要求1所述的用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，其特征在于：钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:3～4的比例混合。
4.根据权利要求1所述的用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，其特征在于：钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:4～5的比例混合。
5.根据权利要求1所述的用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，其特征在于：钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:5～6的比例混合。
6.根据权利要求1所述的用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，其特征在于：钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:6～7的比例混合。
7.根据权利要求1所述的用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，其特征在于：钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:7～8的比例混合。
8.根据权利要求1～7任一项所述的用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，其特征在于：包括钢渣预处理过程，将从矿冶厂购买来的钢渣在自然的条件下风干或150℃左右烘干，获得干燥的钢渣，将干燥后的钢渣用球磨机粉碎，过100～200目的筛网。
9.权利要求1所述的改性钢渣吸附剂在处理含铀废水中的应用。
10.一种利用权利要求1所述的改性钢渣吸附剂进行含铀废水处理的方法，其特征在于：
1)含铀废水中铀的浓度为1～50 mg/L，调节含铀废水的pH值为2～7;
2)将制备的改性钢渣吸附剂投加到所述含铀废水中，吸附剂的投加量为2～40 g/L，置于恒温振荡器中振荡1～24小时，以吸附去除铀酰离子;恒温振荡器温度为35℃～45℃，振荡速度为150～250r/min。
说明书
一种用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂及应用
技术领域
本发明涉及一种吸附剂的制备方法及其应用，尤其是涉及一种以钢渣为原料制备吸附剂并将其用于处理含铀放射性废水处理。
背景技术
随着核电技术、原子弹、氢弹、核潜艇研制等的快速发展，对铀矿资源的需求大大增加，这势必会导致铀矿资源开采的各个环节和铀资源利用等方面带来的含U( Ⅵ )废水的排放量大量增加。这对人类健康和我们所赖以生存的环境构成了严重的威胁。铀是锕系元素之一，具有放射性。在水溶液中，铀主要以铀酰离子(UO22+)形式存在，因此对含铀废水的处理主要是去除铀酰根离子(UO22+)。
钢渣是冶金过程中产生的废渣，长期以来被当做废物处置，钢渣的成分复杂，它不仅包含了硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙等成分，同时也含有氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰、稀有元素(V、Nb等)等成分，富有利用价值。近年来，随着科技的进步以及人们环保意识的增加强，将钢渣变废为宝的案例已经屡见不鲜。钢渣含有大量的硅、铁等元素，高温加热后，疏松多孔，比表面积增大，这些特性有作为吸附剂使用的潜能。近些年来将钢渣作为吸附材料来处理废水的案例越来越多。但是如果直接将钢渣作为吸附剂来使用还是存在很多问题的，因为钢渣还含有很多其他的重金属离子，这些重金属离子溶解到废水中，会给所处理的废水造成二次污染。此外，未经任何处理的钢渣，本身吸附能力有限。因此，需要根据废水中被吸附物质的特性来对钢渣进行改性。
在吸附材料研究技术中，已存在利用钢渣制备吸附材料的一些技术。如中国专利申请号201610275611.6，公开了“一种利用固废钢渣处理污染水体的方法”，该专利吸附材料主要是由钢渣经10-98%的硝酸、硫酸、盐酸或醋酸溶液，按照钢渣与酸体积1：1-1：5的比例进行改性，用清水冲洗后在40-150℃的温度下烘干制备而成。该处理方法主要针对富营养化水体和部分重金属污染水体，对含U(VI)废水的吸附能力未知。此外还有中国专利申请201610977861.4公开了“一种基于固体废弃物钢渣的水体钼酸盐吸附剂的制备方法”，该专利的吸附材料制备是先用硫酸浸泡然后再加入LaCl3 ·6H2O与之反应，最后在加入到CTMAB溶液中水浴加热，然后烘干，得到所需的吸附剂。此法要求的钢渣为脱硫钢渣，成本相对较高，在制备过程中很容易渗入硫元素，从而导致吸附剂制备失败，同时，对含U(VI)废水的吸附能力也是未知的。截止目前，还没有利用钢渣作为吸附剂用于含铀废水处理的报道。
发明内容
本发明提供了一种利用钢渣为原料制备吸附剂及其用于处理含铀废水的方法，利用本发明制备方法制得的吸附剂成本低廉、对铀的吸附效果好，操作便捷、工艺简单。
本发明所采用的技术方案：
一种用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，以钢渣为原料，通过对钢渣进行改性处理制备而成，其制备过程如下：
1)称取一定量的钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:2～8的比例混合;质量单位以Kg/g计，体积单位以L/m L计，硫酸的浓度为0.2%～30% ;
2)将钢渣和硫酸溶液的混合物置于恒温振荡器中振荡1～28小时;恒温振荡器温度为20～30℃，振荡速度为150～200r/min;
3)将用硫酸溶液浸泡过的钢渣过滤，烘干，然后置于300～700℃的马弗炉中焙烧1～2小时
4)将焙烧的钢渣研磨成粉末，过-200～160目筛网，即获得改性的钢渣吸附剂。
所述的改性钢渣吸附剂在处理含铀废水中的应用。
所述的改性钢渣吸附剂进行含铀废水处理的方法，1)含铀废水中铀的浓度为1～50 mg/L，调节含铀废水的pH值为2～7;2)将制备的改性钢渣吸附剂投加到所述含铀废水中，吸附剂的投加量为2～40 g/L，置于恒温振荡器中振荡1～24小时，以吸附去除铀酰离子;恒温振荡器温度为35℃～45℃。振荡速度为150～250r/min。
本发明的有益效果：
1、本发明改性钢渣吸附剂的制备方法，以钢渣为原材料，制得的吸附剂成本低廉、对铀的吸附效果好，为钢渣的资源化利用提出了新的途径。
2、利用本发明改性钢渣吸附剂的制备方法获取的改性钢渣吸附剂，用于处理含铀废水，对铀的吸附效果好、速度快，操作方便。成本低廉，易于推广应用。
3、本发明改性钢渣吸附剂的制备方法，经济实用，操作简便，无需使用大型仪器设备，具有较好的推广应用前景;制备的吸附剂，除铀速度快。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。以下各实施例提及的质量：体积比，质量单位以克或千克计量，体积单位对应以毫升或升计量。
实施例1
本发明用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，利用钢渣为原料，通过对钢渣进行改性处理制备用于含铀废水处理的吸附剂，其制备过程如下：
1)称取一定量的钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:2～8的比例混合;硫酸的浓度为0.2%～30% ;
2)将钢渣和硫酸溶液的混合物置于恒温振荡器中振荡1～28小时;恒温振荡器温度为20～30℃，振荡速度为150～200r/min;
3)将用硫酸溶液浸泡过的钢渣过滤，在60℃条件下烘干，然后置于300～700℃的马弗炉中焙烧1～2小时;
4)将焙烧的钢渣研磨成粉末，过-200～160目筛网，即获得改性的钢渣吸附剂。
实施例2
本实施例用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，与实施例1的不同之处在于：其制备过程中，钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:2～3的比例混合。
实施例3
本实施例用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，与实施例1的不同之处在于：其制备过程中，钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:3～4的比例混合。
实施例4
本实施例用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，与实施例1的不同之处在于：其制备过程中，钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:4～5的比例混合。
实施例5
本实施例用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，与实施例1的不同之处在于：其制备过程中，钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:5～6的比例混合。
实施例6
本实施例用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，与实施例1的不同之处在于：其制备过程中，钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:6～7的比例混合。
实施例7
本实施例用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，与实施例1的不同之处在于：其制备过程中，钢渣粉末和硫酸溶液按照质量：体积比为1:7～8的比例混合。
本发明用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，包括钢渣预处理过程，将从矿冶厂购买来的钢渣在自然的条件下风干或者150℃下烘干，获得干燥的钢渣，将干燥后的钢渣用球磨机粉碎，过100～200目筛网。
实施例8
本实施例公开了前述制备的改性钢渣吸附剂在处理含铀废水中的应用。
利用所述的改性钢渣吸附剂进行含铀废水处理的方法，步骤如下：
1)含铀废水中铀的浓度为1～50mg/L，调节含铀废水的pH值为2～7;
2)将制备的改性钢渣吸附剂投加到所述含铀废水中，吸附剂的投加量为2～40g/L，置于恒温振荡器中震荡1～24小时，以吸附去除铀酰离子;恒温振荡器温度为35～45℃，振荡速度为150～250r/min。
实施例9
本实施例用于含铀废水处理的改性钢渣吸附剂，制备方法包括以下步骤：
(1)取用矿冶厂购买来的钢渣在自然的条件下风干或105℃条件下烘干，粉碎过100～200目的筛网，获得干燥的钢渣粉末;
(2)将预处理后的钢渣和0.2%～30%的硫酸溶液按照质量：体积比为1:4的比例混合;
(3)将钢渣和硫酸溶液的混合物置于恒温振荡器中振荡24小时(25 ℃，175 r/min);
(4)将硫酸溶液浸泡过的钢渣过滤，在60℃条件下烘干，置于500℃的马弗炉中焙烧1小时;
(5)将焙烧的钢渣晾凉，然后研磨成粉末，过-180目筛，即获得改性的钢渣吸附剂。
将制备的吸附剂加入待处理含铀废水中，即可去除水中铀酰离子。
实施例10
本实施例利用钢渣制备吸附剂的方法，与前述各实施例的不同之处在于：将预处理后的钢渣和0.2%～30%的硫酸溶液按照质量：体积比为1:2的比例混合。
实施例11
本实施例利用钢渣制备吸附剂的方法，与前述各实施例的不同之处在于：将预处理后的钢渣和0.2%～30%的硫酸溶液按照质量：体积比为1:4的比例混合。
实施例12
本实施例利用钢渣制备吸附剂的方法，与前述各实施例的不同之处在于：将预处理后的钢渣和0.2%～30%的硫酸溶液按照质量：体积比为1:8的比例混合。
前述各实施例，将硫酸溶液浸泡过的钢渣过滤，在105℃条件下烘干，置于400～500℃的马弗炉中焙烧1小时。
下面结合实验室的研究结果对本发明进一步说明。
实验1
将采集的钢渣自然风干，粉碎，将40 mL 1%的硫酸溶液加入到10g钢渣(-180目)中混合后置于恒温振荡器中振荡24小时(25 ℃，175 r/min)，将硫酸溶液浸泡过的钢渣过滤，在60℃条件下烘干后，置于700℃的马弗炉中焙烧1小时，将焙烧的钢渣晾凉，然后研磨成粉末，过-180目筛，即获得改性的钢渣吸附剂。称取钢渣吸附剂1.0 g加入到25.00 mL铀溶液(10.52 mg/L)中，pH为5，于40 ℃，200rpm振荡箱中吸附24小时，用慢速滤纸过滤后用可见分光光度计于波长578 nm测定剩余U(Ⅵ)浓度，计算对铀的吸附率为97.2%。
实验2
将采集的钢渣自然风干，粉碎，将40 mL 20%的硫酸溶液加入到10g河沙(-180目)中混合后置于恒温振荡器中振荡24小时(25 ℃，175 r/min)，将硫酸溶液浸泡过的钢渣过滤，在60℃条件下烘干后，置于700℃的马弗炉中焙烧1小时，将焙烧的河沙晾凉，然后研磨成粉末，过-180目筛，即获得改性的钢渣吸附剂。称取钢渣吸附剂1.0 g加入到25.00 mL铀溶液(10.20mg/L)中，pH为5.00，于40 ℃，200rpm振荡箱中吸附1小时，用慢速滤纸过滤后用可见分光光度计于波长578 nm测定剩余U(Ⅵ)浓度，计算对铀的吸附率为86.8%。
实验3
将采集的钢渣自然风干，粉碎，将40 mL 1%的硫酸溶液加入到10g钢渣(-180目)中混合后置于恒温振荡器中振荡24小时(25 ℃，175 r/min)，将硫酸溶液浸泡过的钢渣过滤，在60℃条件下烘干后，置于500℃的马弗炉中焙烧1小时，将焙烧的河沙晾凉，然后研磨成粉末，过-180目筛，即获得改性的钢渣吸附剂。称取钢渣吸附剂1.0 g加入到25.00 mL铀溶液(11.77 mg/L)中，pH为5.00，于40 ℃，200rpm振荡箱中吸附1小时，用慢速滤纸过滤后用可见分光光度计于波长578 nm测定剩余U(Ⅵ)浓度，计算对铀的吸附率为96.5%。
实验4
将采集的钢渣自然风干，粉碎，将45 mL 3%的硫酸溶液加入到10g钢渣(-180目)中混合后置于恒温振荡器中振荡24小时(25 ℃，175 r/min)，将硫酸溶液浸泡过的钢渣过滤，在105℃条件下烘干后，置于700℃的马弗炉中焙烧1小时，将焙烧的河沙晾凉，然后研磨成粉末，过-180目筛，即获得改性的钢渣吸附剂。称取钢渣吸附剂0.3 g加入到25.00 mL铀溶液(10.76 mg/L)中，pH为5，于40 ℃，200rpm振荡箱中吸附1小时，用慢速滤纸过滤后用可见分光光度计于波长578 nm测定剩余U(Ⅵ)浓度，计算对铀的吸附率为95.1%。
实验5
将采集的钢渣自然风干，粉碎，将40 mL 1 %硫酸溶液加入到10g河沙(-180目)中混合后置于恒温振荡器中振荡24小时(25 ℃，175 r/min)，将硫酸溶液浸泡过的钢渣沙过滤，在60℃条件下烘干后，置于700℃的马弗炉中焙烧1小时，将焙烧的钢渣晾凉然后研磨成粉末，过-180目筛，即获得改性的钢渣吸附剂。称取河沙吸附剂1.0 g加入到25.00 mL铀溶液(14.21 mg/L)中，pH为5.00，于40 ℃，200rpm振荡箱中吸附2小时，用慢速滤纸过滤后用可见分光光度计于波长578 nm测定剩余U(Ⅵ)浓度，计算对铀的吸附率为38.7%。
实验6
将采集的钢渣自然风干，粉碎，将40 mL 1 %硫酸溶液加入到10g河沙(-180目)中混合后置于恒温振荡器中振荡24小时(25 ℃，175 r/min)，将硫酸溶液浸泡过的钢渣沙过滤，在60℃条件下烘干后，置于700℃的马弗炉中焙烧1小时，将焙烧的钢渣晾凉然后研磨成粉末，过-180目筛，即获得改性的钢渣吸附剂。称取河沙吸附剂1.0 g加入到25.00 mL铀溶液(14.21 mg/L)中，pH为5.00，于40 ℃，200rpm振荡箱中吸附3小时，用慢速滤纸过滤后用可见分光光度计于波长578 nm测定剩余U(Ⅵ)浓度，计算对铀的吸附率为96.5%。
本发明以钢渣为原料制备吸附剂，制备方法操作便捷、工艺简单。制得的吸附剂成本低廉、对铀的吸附效果好，为钢渣的资源化利用提出了新的途径，具有较好的推广应用前景。实验证明，使用的硫酸在0.2～30%的浓度范围内，均具有较好的吸附效果。
