一种采用天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂处理去除铀酰离子的方法

摘要

本发明公开了一种采用天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂处理去除铀酰离子的方法，通过向含铀的废液中加入天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂吸附处理铀酰离子。本发明利用改性修饰后的氨基螯合树脂具有类似于多肽的酰胺结构，对溶液中的铀酰离子具有特异性螯合作用，采用恒温振荡的方法吸附去除溶液中的铀酰离子，具有高效、快速、便捷去除溶液中铀酰离子的效果。本方法简单可行，见效快，吸附效果好，适用于现场去除核燃料循环废水中的铀酰离子。

说明书

技术领域

本发明属于环保检测技术领域，涉及一种采用天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂处理去除铀酰离子的方法。

背景技术

铀矿开采、核燃料制造、乏燃料后处理和核废物处理与处置等环节中，均会产生大量的含铀废水。含铀废水具有放射性，会对人体健康以及周边环境造成影响，因此需对核燃料循环过程中产生的放射性核素铀进行监测与处理。

实际的放射性废水处理过程中，传统的处理方法主要有化学沉淀法、离子交换法、膜分离法和吸附法等。吸附法是利用多孔性固体吸附剂将放射性废水中含有的一种或数种元素吸附在吸附剂的表面，从而进行去除。吸附法与已有的固定化的技术相结合，可以凸显其低成本、方便控制等优点，在工业中有广阔的发展空间和应用前景。目前常见的螯合树脂吸附去除铀酰离子均有各自的局限性和不足，采用甲基丙烯酸缩水甘油酯螯合树脂在吸附铀酰离子时存在合成困难的缺点，且吸附容量不高(Ahmed M.Donia.Removal of uranium(VI)from aqueous solutions using glycidyl methacrylate chelatingresins.Hydrometallurgy)。利用改性壳聚糖树脂作为铀吸附剂时难以减容，且树脂再生困难(Koji Oshita.Adsorption behavior of uranium(VI)and other ionic species oncross-linked chitosan resins modified with chelating moieties.Talanta)。因此，研究新型功能材料用于铀的分离富集具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种采用天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂处理去除铀酰离子的方法，该方法操作简单，原料便宜易得，对铀酰离子吸附处理效果较好。

本发明的技术方案是：

一种采用天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂处理去除铀酰离子的方法，在含铀的废液中加入吸附剂天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂，采用恒温振荡的方法吸附含铀溶液中的铀酰离子，具体步骤为：在25～35℃恒温振荡条件下，调节含铀的废液的pH为4.0～8.0，将天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂加入到含铀的废液中进行吸附。

所述的含铀的废液中铀酰离子的浓度为40～140mg/L，吸附时间为3h～4h。

所述的天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂通过以下步骤合成：采用碱-酸-碱三步法合成甲醛与尿素(F/U)的摩尔比为0.8～1.6的天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂，首先调节甲醛的pH为7.5～8.0，加入第一批尿素，F/U的摩尔比为2.2，升温至30～35℃，保温反应10～15min，再升温至55～60℃，保温反应10～15min，接着升温至90～95℃后保温反应60～75min，然后调节体系的pH为4.0～4.5，继续反应60～75min；调节体系的pH值为6.0～6.5，加入第二批尿素，F/U摩尔比为1.6，降温到80～85℃，保温反应20～30min；NaOH调节pH为7.5～8.0，加入混合均匀的天冬酰胺和剩余的尿素，天冬酰胺的加入量为尿素总质量的1％～5％，降温至70～75℃，保温20～30min，反应结束后，冷却得到天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂。

吸附剂的用量可根据铀酰离子的初始浓度进行适量选择。树脂吸附剂可在酸性至中性条件下大量吸附溶液中的铀酰离子。吸附时间越长，吸附效果越好，符合拟二级反应动力学模型。吸附温度对吸附效果有一定的影响，温度越高，吸附效果越好，可以根据具体条件作适当调整。

本发明以天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂为吸附剂，天冬酰胺改性修饰后的树脂具有氨基、羟基等功能基团，这些活性基团对铀酰离子具有特异性的螯合作用，从而能够获得高效、便捷去除含铀废水中铀酰离子的效果，吸附到达平衡的时间短，吸附容量可达46mg/g，处理效果优于常见氨基类树脂。

附图说明

图1为天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂在不同pH下对铀酰离子的吸附效果图。

图2为天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂在不同吸附时间下对铀酰离子的吸附效果图。

图3为天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂在不同温度下对铀酰离子的吸附等温线图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例和附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1

采用碱-酸-碱三步法合成F/U摩尔比为0.8的天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂。将甲醛溶液(质量浓度37％)加入至反应釜中，启动搅拌装置，用20％(质量浓度)的NaOH溶液调节体系pH为7.5，加入第一批尿素(此时F/U为2.2)，升温。当温度达到35℃和60℃时，分别保温10min；升温至95℃后保温60min。用20％(质量浓度)的乙酸溶液调节pH为4.0，在95℃条件下继续反应60min；用20％(质量浓度)的NaOH溶液调节pH至6.0，加入第二批尿素(此时F/U为1.6)，降温至85℃，保温20min；加入NaOH溶液，将体系pH值调至碱性7.5，加入混合均匀的质量为尿素总质量的1％天冬酰胺和剩余的尿素(此时F/U为0.8)，降低温度至75℃，保温30min，反应结束，冷却至40℃出料。

实施例2

采用碱-酸-碱三步法合成F/U摩尔比为1.6的天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂。将甲醛溶液(质量浓度37％)加入至反应釜中，启动搅拌装置，用20％(质量浓度)的NaOH溶液调节体系pH为8.0，加入第一批尿素(此时F/U为2.2)，升温。当温度达到30℃和65℃时，分别保温15min；升温至90℃后保温75min。用20％(质量浓度)的乙酸溶液调节pH为4.5，在90℃条件下继续反应75min；用20％(质量浓度)的NaOH溶液调节pH至6.5，加入第二批尿素(此时F/U为1.6)，降温至80℃，保温30min；加入NaOH溶液，将体系pH值调至碱性8.0，加入质量为尿素总质量的1％的天冬酰胺，降低温度至70℃，保温20min，反应结束，冷却至40℃出料。

实施例3

以天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂为吸附剂吸附含铀酰离子溶液中的铀酰离子。吸附在恒温摇床上进行。取8组不同pH值(pH值为1～8)的含铀酰离子溶液，溶液中UO₂²⁺的初始浓度为100mg/L，体积为100mL，分别加入0.4g的天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂，吸附温度为25℃，吸附3.5h后，测定各组天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量，结果如图1所示。初始pH值为1时，测得天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量为13.77mg/g；初始pH值为5时，测得天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量为46.71mg/g；初始pH值为8时，测得天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量为36.94mg/g。从图1可知，天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺吸附效果在pH值为5时最好。酸性条件下氨基质子化作用和螯合反应存在相互竞争的关系，吸附能力下降。而当pH值大于5时金属离子部分发生水解，对树脂吸附量产生影响。

实施例4

以天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂为吸附剂吸附含铀酰离子溶液中的铀酰离子。吸附在恒温摇床上进行。溶液中UO₂²⁺的初始浓度为100mg/L，体积为100mL，初始pH值为5，分别加入0.4g的天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂，吸附温度为25℃，吸附时间为15、30、45、60、90、120、150、180、210、240min，测定天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量，结果如图2所示。从图2可知，天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量随时间的增加而增大，当吸附时间为210min时，天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附达到最大吸附容量。

实施例5

以天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂为吸附剂吸附含铀酰离子溶液中的铀酰离子。吸附在恒温摇床上进行。取6组含铀酰离子溶液，溶液中UO₂²⁺的初始浓度为100mg/L，体积为100mL，初始pH值为5，加入0.4g的天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂，分别在吸附温度为15℃、25℃、35℃下吸附3.5h后，测定天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量，结果如图3所示。从图3可知，温度为15℃时，天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量为34.91mg/g；温度为35℃时，天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量为44.52mg/g。温度升高，天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量增大。

实施例6

以天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂为吸附剂吸附含铀酰离子溶液中的铀酰离子。吸附在恒温摇床上进行。溶液中UO₂²⁺的初始浓度为100mg/L，体积为100mL，初始pH值为1，加入1.0g的天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂，吸附温度为25℃，吸附3.5h后，天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量为12.46mg/g。

实施例7

以天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂为吸附剂吸附含铀酰离子溶液中的铀酰离子。吸附在恒温摇床上进行。溶液中UO₂²⁺的初始浓度为100mg/L，体积为100mL，初始pH值为5，加入1.0g的天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂，吸附温度为25℃，吸附15min后，天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量为35.22mg/g。

实施例8

以天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂为吸附剂吸附含铀酰离子溶液中的铀酰离子。吸附在恒温摇床上进行。溶液中UO₂²⁺的初始浓度为100mg/L，体积为100mL，初始pH值为8，加入0.4g的天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂，吸附温度为25℃，吸附3.5h后，天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量为36.94mg/g。

实施例9

以天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂为吸附剂吸附含铀酰离子溶液中的铀酰离子。吸附在恒温摇床上进行。溶液中UO₂²⁺的初始浓度为40mg/L，体积为100mL，初始pH值为5，加入0.4g的天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂，吸附温度为25℃，吸附3.5h后，天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量为22.59mg/g。

实施例10

以天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂为吸附剂吸附含铀酰离子溶液中的铀酰离子。吸附在恒温摇床上进行。溶液中UO₂²⁺的初始浓度为140mg/L，体积为100mL，初始pH值为5，加入0.4g的天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂，吸附温度为25℃，吸附3.5h后，天冬酰胺改性类蛋白氨基螯合树脂对UO₂²⁺的吸附容量为4mg/g。