一种放射性废水中放射性碘离子的吸附方法

1.本发明属于核废物处理技术领域，具体涉及一种放射性废水中放射性碘离子的吸附方法。


背景技术：

2.放射性碘是核裂变的必然产物，若将其释放到环境中，水体中的放射性碘容易通过饮用水、鱼类等途径进入人类体内，从而被甲状腺快速有选择性的富集，使人体受到较大剂量的持续照射，引发甲状腺素疾病，甚至引发癌变。因此，开展乏燃料中或是被污染的核废水放射性碘的处理具有显著意义。
3.传统的处理工艺主要是固相吸附法，但是对放射性废水中的碘离子进行去除时，会出现碘离子选择性吸附差，吸附后产物脱附率较大，不容易后续的固定处理以及吸附效率低，吸附速度慢等问题。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种放射性废水中放射性碘离子的吸附方法，本发明能够对放射性核废水中的碘离子进行高效吸附。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种放射性废水中放射性碘离子的吸附方法，包括如下过程：
7.向放射性废水中加入银铜氧化物，放射性废水中的碘离子与银铜氧化物进行反应，使放射性废水中的碘离子浓度降低。
8.优选的，所述放射性废水的ph值范围为3.5-11.5。
9.本发明的吸附方法还包括对放射性废水ph值调整的过程：当放射性废水的ph值小于3.5时，采用氨水将ph值调节至3.5-11.5；当放射性废水的ph值大于11.5时，采用硝酸将ph值调节至3.5-11.5。
10.优选的，银铜氧化物与放射性废水的体积质量比为1mg/ml。
11.优选的，所述放射性废水中碘离子浓度为760ppm-1020ppm。
12.优选的，放射性废水与银铜氧化物的反应温度为22-28℃，反应时间为50-70min。
13.优选的，向放射性废水中加入银铜氧化物后先进行超声搅拌至银铜氧化物完全分散，然后在放射性废水与银铜氧化物反应过程中进行振荡和/或搅拌。
14.优选的，所述向放射性废水中包括硝酸根离子、碳酸根离子、硫酸根离子、碳酸氢根离子、氯离子和碘离子。
15.优选的，银铜氧化物对放射性废水中的碘离子的吸附容量在700mg/g以上。
16.优选的，所述银铜氧化物为ag2cu2o3。
17.本发明具有如下有益效果：
18.本发明放射性废水中放射性碘离子的吸附方法中，利用银铜氧化物对放射性废水中放射性碘离子的吸附属于化学吸附，具有吸附速度快的特点，经测试，50min-70min即可
达到吸附平衡，吸附效率和吸附容量高，对碘离子的吸附容量高达700mg/g以上，吸附后的产物不易脱附，易固化处置，便于回收，使用方便以及不易受干扰离子和ph的影响，该银铜氧化物对长半衰期放射性元素碘的废水环境中的碘离子具有很强的选择性吸附作用，能够有效改善水环境中的碘的放射性污染，解决乏燃料后处理以及放射性水污染的主要问题。
附图说明
19.图1为本发明采用的银铜氧化物的ag2cu2o3透射电镜图；
20.图2为本发明的银铜氧化物的ag2cu2o3充分吸附碘离子后的透射电镜图；
21.图3为本发明实施例1中碘离子浓度为63.45-1649.7ppm的等温吸附图；
22.图4为本发明实施例2中动力学吸附图；
23.图5为本发明实施例3中溶液ph对碘离子吸附影响的实验图；
24.图6为本发明实施例4中干扰离子对碘离子吸附影响的实验图；
25.图7为本发明实施例5中碘离子附后产物的脱附图；
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
27.本发明的目的在于解决废水中碘离子选择性吸附差，吸附后产物脱附率较高，吸附效率低和吸附速度慢的问题，本发明提供的银铜氧化物在去除废水中的碘离子方法，同时具有脱附率极低，脱附率在1％以下，易固定处置，吸附容量高，可达700mg/g以上，吸附速度快，在50-70min的时间里即可达到吸附平衡，对于高选择性处理含放射性碘的废水提供了可能。
28.具体的，本发明放射性废水中放射性碘离子的吸附方法包含以下步骤：
29.步骤1)称量20mg的银铜氧化物分别加入到20ml含有碘离子溶液中，超声搅拌至完全分散，在22-28℃水浴振荡条件下反应，碘离子溶液中的浓度为762ppm-1016ppm。
30.步骤2)对步骤1)中所述浓度的碘离子溶液，进行不同时间的检测，在1分钟-24小时内检测其对碘离子的动力吸附程度。
31.步骤3)将20mg的银铜氧化物粉末分别加入到20ml含有不同ph值(ph＝3.5-11.5)的碘离子溶液中，其中溶液ph范围为3.5-11.5，ph值采用硝酸和氨水进行调节，超声搅拌至完全分散，在22-28℃水浴震荡条件下反应，其中碘离子溶液中的碘离子浓度为762ppm，之后对这一系列溶液反应24小时后的滤液进行剩余碘离子浓度的测量，监测银铜氧化物对碘离子在不同ph值的条件下的吸附程度。
32.步骤4)将20mg银铜氧化物分别加入到20ml含有大量其他干扰离子的碘离子溶液中，其中其他干扰离子包括硝酸根离子、碳酸根离子、硫酸根离子、碳酸氢根离子和氯离子，干扰离子和碘离子浓度比为1000：1，超声搅拌至完全溶解，再在22-28℃水浴振荡条件下反应24h，其中碘离子浓度为0.762ppm，干扰离子浓度为762ppm。之后对反应后的这一系列溶液的滤液进行剩余碘离子的检测，监测其对碘离子在含有大量其他干扰离子的条件下的吸附程度。
33.步骤5)将步骤2)中反应24h的产物放入水中，超声搅拌至完全分散后水浴震荡，测试不同时间30-50h后溶液中的碘离子浓度，监测其吸附碘离子后的动力脱附情况。
34.实施例1
35.本实施例放射性废水中放射性碘离子的吸附方法包括以下步骤：
36.步骤1)称量20mg的ag2cu2o3粉末(该粉末透射电镜图如图1所示)分别加入到20ml不同浓度的碘离子溶液中，碘离子溶液中的浓度分别为63.45ppm、126.9ppm、253.8ppm、380.7ppm、507.6ppm、634.5ppm、761.4ppm、888.3ppm、1015.2ppm、1142.1ppm、1269ppm、1395.9ppm、1522.8ppm和1649.7ppm，超声振荡3分钟使粉末在碘离子溶液中完全分散，再在22-28℃水浴振荡条件下反应24h；
37.步骤2)将步骤1)中反应了24h后的溶液取出，取其上层清液用一次性使用的无菌注射器和一次性水系过滤器进行过滤，最后用紫外可见分光光度计测量过滤后的碘离子浓度ρe，通过公式qe＝(ρ
0-ρe)v/m即可计算出吸附容量qe，其中qe为不同浓度的吸附容量，ρ0为初始浓度，ρe为吸附后的浓度，v是溶液体积，m是吸附剂质量；同时将步骤1)中针对碘离子溶液溶度大于等于761.4ppm的反应产物离心干燥，则粉末的透射电镜图如图2所示。
38.步骤3)等温吸附实验结果如图3所示，ag2cu2o3对碘离子的吸附容量很大，随着碘离子初始浓度的增高，吸附容量也不断提升，最终达到平衡时的吸附容量可达745.5mg/g。
39.实施例2
40.本实施例放射性废水中放射性碘离子的吸附方法包括以下步骤：
41.步骤1)称量20mg的ag2cu2o3粉末(该粉末透射电镜图如图1所示)加入到20ml的634.5ppm浓度的碘离子溶液中，超声搅拌至完全分散后，在22-28℃水浴振荡的条件下反应；
42.步骤2)对步骤1)中的反应进行动力学检测，即当反应时间t达到1、5、10、30、60、120、300、480、900、1200和1440分钟时进行检测，即到以上时间时取上层清液用一次性使用的无菌注射器和一次性水系过滤器进行过滤，最后用紫外可见分光光度计测量过滤后的碘离子浓度ρe，通过公式qe＝(ρ
0-ρe)v/m即可计算出吸附容量qe，其中qe为t时间的吸附容量，ρ0为初始浓度，ρe为吸附后的浓度，v是溶液体积，m是吸附剂质量；
43.3)动力学吸附结果如图4所示，ag2cu2o3对碘离子的吸附时间很快，在50-70min达到吸附平衡，可知其吸附效率非常高。
44.实施例3
45.本实施例放射性废水中放射性碘离子的吸附方法包括以下步骤：
46.步骤1)称量20mg的ag2cu2o3粉末(该粉末透射电镜图如图1所示)分别加入到20ml含有不同ph值(ph＝3.5-11.5)的碘离子溶液中，其中溶液ph范围为3.5-11.5，ph值采用硝酸和氨水进行调节，超声搅拌至完全分散，在22-28℃水浴震荡条件下反应，其中碘离子溶液中的碘离子浓度为634.5ppm；
47.步骤2)之后对步骤1)溶液反应24小时后的滤液进行剩余碘离子浓度的测量，即取其上层清液用一次性使用的无菌注射器和一次性水系过滤器进行过滤，最后用紫外可见分光光度计测量过滤后的碘离子浓度ρe，通过公式qe＝(ρ
0-ρe)v/m即可计算出吸附容量qe，其中qe为不同ph的吸附容量，ρ0为初始浓度，ρe为不同ph值吸附后的浓度，v是溶液体积，m是吸附剂质量；即可得知ag2cu2o3对碘离子在不同ph值的条件下的吸附程度；
48.步骤3)ph对于ag2cu2o3对碘离子吸附的影响结果如图5所示，可知在ph范围为3.5-11.5时，碘离子的吸附效率仍然高于90％，一般的放射性废水通常为酸性，可知这并不会影
响ag2cu2o3用来处理放射性废水。
49.实施例4
50.本实施例放射性废水中放射性碘离子的吸附方法包括以下步骤：
51.步骤1)称量20mg的ag2cu2o3粉末(该粉末透射电镜图如图1所示)分别加入到20ml含有大量其他干扰离子的碘离子溶液中，其中其他干扰离子包括硝酸根离子、碳酸根离子、硫酸根离子、碳酸氢根离子、氯离子，干扰离子浓度为640ppm，碘离子浓度为0.64ppm，超声搅拌至完全溶解，再在22-28℃水浴振荡条件下反应24h；
52.步骤2)之后对步骤1)中溶液的滤液进行剩余碘离子的检测，用一次性使用的无菌注射器和一次性水系过滤器进行过滤，最后用紫外可见分光光度计测量过滤后的碘离子浓度ρe，通过公式qe＝(ρ
0-ρe)v/m即可计算出吸附容量qe，其中qe为不同干扰离子作用下的吸附容量，ρ0为初始浓度，ρe为不同干扰离子作用下吸附后的浓度，v是溶液体积，m是吸附剂质量；即可得知ag2cu2o3对碘离子在不同干扰离子条件下的吸附程度；
53.步骤3)干扰离子对碘离子吸附影响结果如图6所示，ag2cu2o3对碘离子吸附在含有大量其他干扰离子的情况下，吸附效率依然超过95％，表明其具有高选择性吸附，说明该材料适用于溶液中含有大量硝酸根离子、碳酸根离子、硫酸根离子、碳酸氢根离子和氯离子的情况。
54.实施例5
55.本实施例放射性废水中放射性碘离子的吸附方法包括以下步骤：
56.步骤1)称量20mg的ag2cu2o3粉末(该粉末透射电镜图如图1所示)加入到20ml的634.5ppm浓度的碘离子溶液中，超声搅拌至完全分散后，在22-28℃水浴振荡的条件下反应24h，对反应后溶液的滤液进行碘离子的检测，用一次性使用的无菌注射器和一次性水系过滤器进行过滤，最后用紫外可见分光光度计测量过滤后的碘离子浓度ρe，通过公式qe＝(ρ
0-ρe)v/m即可计算出吸附容量qe，其中qe为不同干扰离子作用下的吸附容量，ρ0为初始浓度，ρe为不同干扰离子作用下吸附后的浓度，v是溶液体积，m是吸附剂质量；
57.步骤2)将步骤1)中的反应产物放入水中，用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，离心后在60
±
2℃的烘箱中干燥，得到干燥后的粉末
58.步骤3)将步骤2干燥后的粉末，称取20mg加入到20ml的去离子水中，超声搅拌至完全分散后22-28℃水浴震荡，测试不同时间5、10、20、30、40、50h后溶液中的碘离子浓度，对不同反应时间后溶液的滤液进行碘离子的检测，用一次性使用的无菌注射器和一次性水系过滤器进行过滤，最后用紫外可见分光光度计测量过滤后的碘离子浓度ρ
t
，通过公式q
t
＝ρ
t
v/m即可计算出脱附容量q
t
，其中q
t
为不同时间作用下的脱附容量，ρ
t
为不同时间作用下脱附后的浓度，v是溶液体积，m是脱附剂质量；即可得知ag2cu2o3吸附碘离子后的脱附情况。
59.脱附结果如图7所示，结果显示ag2cu2o3吸附后的产物的脱附率低于1％，可知ag2cu2o3对碘离子吸附具有很高的固化作用，稳定性好，不易脱附，便于后续的固化处置。