申请日 20200731
公开（公告）日 20201106
IPC分类号 B01J20/20; B01J20/30; B01J27/051; G21F9/06; G21F9/12; G21F9/20
摘要
本发明公开了一种处理放射性废水的富含缺陷的二硫化钼‑细菌纤维素异质结材料的制备方法，包括：利用木醋杆菌原位生长技术制备细菌纤维素，然后通过冷冻干燥得到干燥后的细菌纤维素；将干燥后的细菌纤维素碳化得到碳化后的细菌纤维素；将碳化后的细菌纤维素在超声处理下分散到去离子水中；然后加入硫脲和Na2MoO4·2H2O，超声溶解，得到反应混合物，将反应混合物水热反应，得到细菌纤维素‑MoS2异质结；将细菌纤维素‑MoS2异质结置于具有Ar/H2气氛的管式炉中煅烧，得到细菌纤维素‑MoS2‑x异质结。本发明采用的细菌纤维素不仅充当MoS2生长的限域框架，而且可以用作提高电荷载流子分离效率的理想电子受体和转运体，从而大大提高了U(VI)萃取的光催化还原能力。
权利要求书
1.一种处理放射性废水的富含缺陷的二硫化钼-细菌纤维素异质结材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按每150mL液体培养基中含D-葡萄糖5wt％、酵母提取物0.5wt％、磷酸氢二钠0.2wt％、蛋白胨0.5wt％、柠檬酸0.1wt％、磷酸二氢钾0.1wt％、余量为水进行配料，取各组分原料溶解、混合均匀并调节pH＝6.8，在压力103.4千帕蒸汽压、温度120～121.3℃的条件下维持15～20分钟进行灭菌，即制得液体培养基；在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，置于恒温培养箱中，并在293K下以120rpm的振荡速度孵育7天，然后用去离子水冲洗至中性；通过冷冻干燥得到干燥后的细菌纤维素；所述菌种木醋杆菌按体积分数3～8％的接种量接种于液体培养基中；
步骤二、将干燥后的细菌纤维素置于氮气/氩气保护气氛的管式炉中以5℃/min升温至750～850℃保温2-3h得到碳化后的细菌纤维素；
步骤三、将碳化后的细菌纤维素在超声处理下分散到去离子水中；然后加入硫脲和Na2MoO4·2H2O，超声溶解，得到反应混合物，将反应混合物转移到衬有特氟龙的不锈钢高压釜中，并在140～230℃下保温12h；自然冷却后，通过离心收集细菌纤维素-MoS2异质结；
步骤四、将细菌纤维素-MoS2异质结置于具有Ar/H2气氛的管式炉中以5～10℃/min升温至300℃下放置0～200min，自然冷却，得到细菌纤维素-MoS2-x异质结，其中0≤X＜2。
2.如权利要求1所述的处理放射性废水的富含缺陷的二硫化钼-细菌纤维素异质结材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，碳化后的细菌纤维素与去离子水的质量比为1:600～800；所述碳化后的细菌纤维素与硫脲的质量比为1:0.3～0.4；所述硫脲与Na2MoO4·2H2O的质量比为1:14～17。
3.如权利要求1所述的处理放射性废水的富含缺陷的二硫化钼-细菌纤维素异质结材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，对得到的碳化后的细菌纤维素进行预处理，其预处理过程为：将碳化后的细菌纤维素平铺置入低温等离子体发生器的下极板上，厚度为6～12mm；调整低温等离子体发生器的两极板间距至25～65mm之间；将低温等离子体发生器内部气压抽至900～1200Pa，再在低温等离子体发生器中通入气体；调整低温等离子体发生器两极板间的工作电压50～220V，电流为0.5～1.2A，处理30～60min，得到预处理的碳化后的细菌纤维素。
4.如权利要求3所述的处理放射性废水的富含缺陷的二硫化钼-细菌纤维素异质结材料的制备方法，其特征在于，所述的气体为空气、氧气、二氧化碳中的任意一种。
5.如权利要求1所述的处理放射性废水的富含缺陷的二硫化钼-细菌纤维素异质结材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三的过程替换为：将碳化后的细菌纤维素加入球磨罐中，同时加入硫脲和Na2MoO4·2H2O，向球磨罐中通入液氮，使物料全部浸没在液氮中，并保持液面稳定；恒温15～30min开始球磨，球磨罐中温度为-155～-180℃；将球磨后的物料放置在40～60℃的环境中90～120min；将球磨后的物料在超声处理下分散到去离子水中，得到反应混合物，将反应混合物转移到衬有特氟龙的不锈钢高压釜中，并在140～230℃下保温12h；自然冷却后，通过离心收集细菌纤维素-MoS2异质结。
6.如权利要求5所述的处理放射性废水的富含缺陷的二硫化钼-细菌纤维素异质结材料的制备方法，其特征在于，所述球磨时间为60～90min；球磨转速500～650转/分钟。
7.如权利要求5所述的处理放射性废水的富含缺陷的二硫化钼-细菌纤维素异质结材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，碳化后的细菌纤维素与去离子水的质量比为1:600～800；所述碳化后的细菌纤维素与硫脲的质量比为1:0.3～0.4；所述硫脲与Na2MoO4·2H2O的质量比为1:14～17。
说明书
处理放射性废水的富含缺陷的二硫化钼-细菌纤维素异质结 材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种处理放射性废水的富含缺陷的二硫化钼-细菌纤维素异质结材料的制备方法。
背景技术
核能是满足不断增长的能源需求的前途。核能的利用不可避免地会产生大量的放射性废水，从而破坏周围的生态环境。作为放射性废水中广泛存在的放射性核素，溶解的六价铀(U(VI))具有很强的放射性和长的半衰期，具有很强的化学和放射性毒性。因此，探索高效和生态友好的U(VI)提取技术对于核能和环境保护的可持续发展至关重要。
相关研究表明，将可溶性和环境可移动的U(VI)还原为具有低溶解度和相对没有迁移性的四价铀U(IV)，被认为是实现U(VI)萃取的有前途的策略之一。尽管已经研究了各种半导体光催化剂，例如g-C3N4和TiO2，作为U(VI)萃取的候选物。然而，单个半导体通常遭受电子和空穴的复合，导致低的光催化活性。此外，U(VI)还原产物在半导体上有限的活性位点的积累严重阻碍了U(VI)的连续还原。避免电子和空穴在光催化剂上重新结合的有效方法是构建具有肖特基结接触的异质结。异质结的构造有效地促进了光电子从半导体向吸附剂的转移，从而为U(VI)的光催化还原提供了丰富的吸附位点。与异质结的构建类似，电荷载流子分离效率的提高通常源自半导体的陷阱态，这可以简单地通过引入空位来实现。因此，通过肖特基结和空位的整合提供了一种有利于电子转移和电荷载流子高效分离的策略，从而提高了U(VI)的萃取性能。
在本发明中，通过整合肖特基结和硫空位，开发了用于U(VI)提取的细菌性纤维素缺陷型二硫化钼异质结。碳化的细菌纤维素不仅充当了MoS2生长的受限框架，而且还是提高电荷载流子分离效率的理想电子受体和转运体。在BC-MoS2-x异质结中，由于MoS2-x的费米能级高于碳化的细菌纤维素，因此MoS2-x中的电子转移到碳化的细菌纤维素中，从而可以连续进行U(VI)萃取。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种处理放射性废水的富含缺陷的二硫化钼-细菌纤维素异质结材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按每150mL液体培养基中含D-葡萄糖5wt％、酵母提取物0.5wt％、磷酸氢二钠0.2wt％、蛋白胨0.5wt％、柠檬酸0.1wt％、磷酸二氢钾0.1wt％、、余量为水进行配料，取各组分原料溶解、混合均匀并调节pH＝6.8，在压力103.4千帕蒸汽压、温度120～121.3℃的条件下维持15～20分钟进行灭菌，即制得液体培养基；在液体培养基中接入菌种木醋杆菌，置于恒温培养箱中，并在293K下以120rpm的振荡速度孵育7天，然后用去离子水冲洗至中性；通过冷冻干燥得到干燥后的细菌纤维素；所述菌种木醋杆菌按体积分数3～8％的接种量接种于液体培养基中；
步骤二、将干燥后的细菌纤维素置于氮气/氩气保护气氛的管式炉中以5℃/min升温至750～850℃保温2-3h得到碳化后的细菌纤维素；
步骤三、将碳化后的细菌纤维素在超声处理下分散到去离子水中；然后加入硫脲和Na2MoO4·2H2O，超声溶解，得到反应混合物，将反应混合物转移到衬有特氟龙的不锈钢高压釜中，并在140～230℃下保温12h；自然冷却后，通过离心收集细菌纤维素-MoS2异质结；
步骤四、将细菌纤维素-MoS2异质结置于具有Ar/H2气氛的管式炉中以5～10℃/min升温至300℃下放置0～200min，自然冷却，得到细菌纤维素-MoS2-x异质结，其中0≤X＜2，通过改变在Ar/H2中的保温时间可以控制X的大小，形成S空位。
优选的是，所述步骤三中，碳化后的细菌纤维素与去离子水的质量比为1:600～800；所述碳化后的细菌纤维素与硫脲的质量比为1:0.3～0.4；所述硫脲与Na2MoO4·2H2O的质量比为1:14～17。
优选的是，所述步骤二中，对得到的碳化后的细菌纤维素进行预处理，其预处理过程为：将碳化后的细菌纤维素平铺置入低温等离子体发生器的下极板上，厚度为6～12mm；调整低温等离子体发生器的两极板间距至25～65mm之间；将低温等离子体发生器内部气压抽至900～1200Pa，再在低温等离子体发生器中通入气体；调整低温等离子体发生器两极板间的工作电压50～220V，电流为0.5～1.2A，处理30～60min，得到预处理的碳化后的细菌纤维素。
优选的是，所述的气体为空气、氧气、二氧化碳中的任意一种。
优选的是，所述步骤三的过程替换为：将碳化后的细菌纤维素加入球磨罐中，同时加入硫脲和Na2MoO4·2H2O，向球磨罐中通入液氮，使物料全部浸没在液氮中，并保持液面稳定；恒温15～30min开始球磨，球磨罐中温度为-155～-180℃；将球磨后的物料放置在40～60℃的环境中90～120min；将球磨后的物料在超声处理下分散到去离子水中，得到反应混合物，将反应混合物转移到衬有特氟龙的不锈钢高压釜中，并在140～230℃下保温12h；自然冷却后，通过离心收集细菌纤维素-MoS2异质结。
优选的是，所述球磨时间为60～90min；球磨转速500～650转/分钟。
优选的是，所述步骤三中，碳化后的细菌纤维素与去离子水的质量比为1:600～800；所述碳化后的细菌纤维素与硫脲的质量比为1:0.3～0.4；所述硫脲与Na2MoO4·2H2O的质量比为1:14～17。
本发明至少包括以下有益效果：本发明制备的缺陷型二硫化钼(S空位)/细菌纤维素杂化材料，其能够在模拟阳光下同时选择性吸附和光催化还原U(VI)；采用的细菌纤维素不仅充当MoS2生长的限域框架，而且可以用作提高电荷载流子分离效率的理想电子受体和转运体，从而大大提高了U(VI)萃取的光催化还原能力。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
发明人 （竹文坤;陈涛;何嵘;杨帆;董云;王茜;刘波;王蓉;）
