本發(fā)明涉及一種提取水中鈾酰離子的方法，屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
鈾是重要的能源資源，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。然而我國的鈾礦儲(chǔ)藏量并不豐富。海水約含有4.0×1012kg鈾，是陸地儲(chǔ)量的1000倍。鹽湖鹵水的情況與海洋類似，而且由于其流入/蒸發(fā)比大大高于海洋，其中鈾含量通常會(huì)比海水高些。因此，從海水提取鈾成為一種很有前景的非常規(guī)核燃料供應(yīng)來源。另一方面，隨著全球核能事業(yè)的迅速發(fā)展，產(chǎn)生的含鈾廢水的數(shù)量和種類越來越多，其來源也十分廣泛。在核能工業(yè)的各個(gè)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及放射性同位素的應(yīng)用中都排放出大量的放射性廢水。如鈾礦的開采和水冶廢水、鈾的精制和核燃料制造廢水、反應(yīng)堆運(yùn)行廢水、反應(yīng)堆燃料的后處理廢水、生產(chǎn)放射性同位素產(chǎn)生的廢水以及使用放射性同位素的工廠和研究部門產(chǎn)生的廢水等。另外，海水曬鹽、海水淡化同樣會(huì)帶來富含鈾酰離子的鹵水。因此開展鈾資源綜合提取技術(shù)研究，對(duì)于解決鈾酰資源的稀缺，以及伴隨著潛在的環(huán)境問題均具有重要意義。近年來，納米科技對(duì)于資源利用和環(huán)境改善的作用越來越受到重視?；谠谀M鈾酰水溶液中的探索，研究發(fā)現(xiàn)納米材料(如納米水合氧化鈦、鐵氧化物、氫氧化鋁、二氧化硅、鉛化合物、堿式碳酸鹽等)具有較大比表面、強(qiáng)的吸附能力，是一類潛在的鈾吸附劑。然而，這些材料在應(yīng)用于實(shí)際體系評(píng)估時(shí)，其吸附能力往往呈數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)的降低。制約納米材料在真實(shí)體系中吸附能力的本質(zhì)原因在于：真實(shí)水體系中高濃度的雜離子(如鎂、鐵、鎳等)往往與低濃度鈾酰離子形成競(jìng)爭吸附。此外，高鹽濃度往往會(huì)抑制鈾酰離子在吸附劑表面的吸附。提高材料對(duì)水中鈾酰離子的選擇性提取則成為了材料研究的重心之一。為了提高吸附劑對(duì)鈾酰離子的選擇性和吸附能力，在納米材料表面修飾上特定的有機(jī)配體是經(jīng)典的方法。通過離子印記方法構(gòu)建特定的配位結(jié)構(gòu)同樣可以幫助提高鈾酰離子的提取。然而，有機(jī)配體的引入在體系中引入新的雜質(zhì)不利于后續(xù)處理，同時(shí)有機(jī)物潛在的環(huán)境危害可能帶來二次污染。同樣的問題存在于離子印記法中。而繁瑣的合成方法、高的經(jīng)濟(jì)成本同樣是限制這些方法在實(shí)際體系中應(yīng)用的障礙?，F(xiàn)有對(duì)鈾酰離子提取的技術(shù)中，以氫氧化鎂為例，用納米材料為吸附劑吸附海水中的鈾的專利有：日本專利JP55152547-A提及用沉積有氫氧化鎂的活性炭做吸附劑，來解決吸附劑的負(fù)載問題；日本專利JP54042387-A提及用沉積有氫氧化鎂的磁性顆粒做吸附劑，從而實(shí)現(xiàn)吸附劑的回收問題。然而這些均未探討如何采用一種綠色、經(jīng)濟(jì)有效的方法來提高選擇性提取復(fù)雜水體中鈾酰離子的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種高效提取水中鈾酰離子的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問題。一種提取廢水中鈾酰離子的方法，其包括如下步驟：在吸附材料表面預(yù)先吸附上鈾酰離子；檢測(cè)需要處理的含有鈾酰離子的水中是否含有碳酸根離子，若不含碳酸根離子，向所述水中投入碳酸根離子源，使水中的鈾酰離子與碳酸根離子形成碳酸鈾酰；將預(yù)吸附有鈾酰離子的吸附材料投入所述含有碳酸鈾酰的水中，攪拌后，使水中的碳酸鈾酰附著在吸附材料上，將所述吸附材料進(jìn)行過濾，收集濾渣；其中，所述碳酸根離子源為水溶性碳酸鹽。作為優(yōu)選方案，本發(fā)明方法中還包括對(duì)濾渣的解吸附。作為優(yōu)選方案，所述在吸附材料表面預(yù)先吸附鈾酰離子的操作為：在含金屬離子的水溶液中先加入鈾酰離子，然后加入堿，進(jìn)行攪拌，其中，所述金屬為成堿后不溶于水的金屬。作為優(yōu)選方案，所述在吸附材料表面預(yù)先吸附鈾酰離子的操作為將吸附材料投入含鈾酰離子的水中。作為優(yōu)選方案，所述吸附材料為氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋁、氫氧化鐵、二氧化鈦、三氧化二鋁、二氧化硅中的至少一種。作為優(yōu)選方案，所述吸附材料的粒徑為納米級(jí)或微米級(jí)。作為優(yōu)選方案，所述吸附材料為氫氧化鎂時(shí)，所述解吸附的方法為：在濾渣中投入碳酸氫鈉，使所述碳酸氫鈉與氫氧化鎂發(fā)生反應(yīng)，生成Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O或Na2Mg(CO3)2，使鈾酰離子從氫氧化鎂表面脫附形成濃縮液，進(jìn)行干燥。作為優(yōu)選方案，所述吸附材料為二氧化鈦時(shí)，所述解吸附的方法為：向?yàn)V渣中投入酸溶液，使鈾酰離子單質(zhì)從二氧化鈦表面脫附形成濃縮液，進(jìn)行干燥。本發(fā)明的機(jī)理為：先在吸附材料的表面吸附上一層鈾酰陽離子，每個(gè)鈾酰離子可以和多個(gè)碳酸根離子配位，預(yù)吸附在吸附劑表面的鈾酰陽離子，可以以碳酸根作為橋梁，進(jìn)一步和第二個(gè)鈾酰離子形成化學(xué)鍵(配位作用)，基于較強(qiáng)的化學(xué)鍵相互作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于鹵水、海水或廢水中鈾酰離子的選擇性吸附。通過實(shí)驗(yàn)表明，未處理過的吸附材料表面攜帶少量正電荷，投入到醋酸鈾酰溶液中吸附鈾酰離子后，其表面攜帶了更多正電荷，鈾酰離子以UO22+陽離子的形態(tài)被預(yù)吸附在材料表面；之后，將預(yù)吸附鈾酰離子的吸附材料放置在含鈾酰離子的真實(shí)鹵水中，吸附材料表面呈現(xiàn)帶負(fù)電，結(jié)合鈾在自然界中以碳酸鈾酰形式存在，我們推測(cè)此時(shí)碳酸鈾酰被吸附上來。以吸附材料氫氧化鎂為例，如圖1所示：Zeta電位分析表明，未處理的氫氧化鎂表面攜帶少量的正電荷(4.7mv)；放置在醋酸鈾酰溶液預(yù)吸附鈾酰離子后，其表面攜帶更多的正電荷(26mv)。鈾酰離子以UO22+陽離子的形態(tài)被預(yù)吸附在氫氧化鎂表面。之后，將預(yù)吸附鈾的氫氧化鎂放置在含鈾的真實(shí)鹵水中，吸附材料表面呈現(xiàn)帶負(fù)電(-10.8mv)，結(jié)合鈾在自然界中多以碳酸鈾酰形式存在的常識(shí)，可證明此時(shí)碳酸鈾酰被吸附上來。更進(jìn)一步地，通過時(shí)間分辨熒光光譜分析，如圖2所示，從真實(shí)鹵水中吸附上來的鈾酰為碳酸鈾酰(熒光發(fā)射峰位置在498nm、517nm、540nm和564nm)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1.方法簡單，常溫下易操作，不引入其它雜質(zhì)；2.綠色環(huán)保，避免了其它有機(jī)配體的引入，更為經(jīng)濟(jì)有效；3.避免有毒污染物帶來二次污染；4.通過引入配位作用，有效克服水體中的高鹽和復(fù)雜離子環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)水中鈾酰離子的選擇性提??；5.不同于以往利用靜電作用(相對(duì)弱作用力)來實(shí)現(xiàn)對(duì)于鈾酰離子的提取，我們提出一種在吸附劑表面預(yù)吸附一層鈾酰離子，借助鈾酰離子和碳酸根的多齒配位關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于鈾酰離子提取能力的提高。附圖說明圖1為本發(fā)明氫氧化鎂本體以及在吸附鈾酰離子后各階段的Zeta電位分析；圖2為氫氧化鎂預(yù)吸附鈾酰離子后再吸附鹵水之后樣品的時(shí)間分辨熒光光譜。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅局限于實(shí)施例。實(shí)施例11)在常溫下，取10mL29.5g/L的含有鈾酰離子的氯化鎂溶液，其中鈾酰離子的濃度0.3mg/L，加入0.25g氫氧化鈉并攪拌，生成0.18g氫氧化鎂的同時(shí)吸附鈾，形成預(yù)先吸附鈾酰離子的納米氫氧化鎂。2)攪拌30min后，離心分離吸附有鈾酰的納米氫氧化鎂。檢測(cè)富含鈾酰離子的鹽湖鹵水中是否含有碳酸根離子，若不含碳酸根離子，向水中投入少量碳酸鈉，溶解完全后，將吸附有鈾的氫氧化鎂泥漿轉(zhuǎn)移至10mL富含鈾酰離子的鹽湖鹵水中，鹵水中鈾的初始濃度約27ppm，攪拌3個(gè)小時(shí)后，鹵水中鈾濃度降低至11.7ppm，吸附容量為0.81mg/g，鈾酰離子提取率約57％，比對(duì)比例1沒有預(yù)處理的氫氧化鎂(鈾酰提取率約36％)高。3)將吸附有鈾的納米氫氧化鎂泥漿轉(zhuǎn)移后，投加一定比例的碳酸氫鈉，在室溫下或加熱條件下處理，直到納米氫氧化鎂反應(yīng)完全，生成Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O或Na2Mg(CO3)2，此時(shí)鈾已從顆粒表面脫附形成濃縮液，容易將鈾濃縮液與吸附劑分離。對(duì)比例11)在常溫下，取10mL29.5g/L的氯化鎂溶液，直接加入0.25g氫氧化鈉并攪拌，生成0.18g氫氧化鎂。2)攪拌30min后，離心分離氫氧化鎂膠體。將氫氧化鎂膠體轉(zhuǎn)移至10mL富含鈾酰離子的鹽湖鹵水中。鹵水中鈾的濃度約27ppm；攪拌3個(gè)小時(shí)后。鹵水中鈾濃度降低至17.5ppm，吸附容量為0.51mg/g，鈾酰離子提取率約36％。實(shí)施例21)在常溫下，取0.125g氧化鎂，投入到10mL含有鈾酰離子的水溶液中，其中鈾酰離子的濃度0.3mg/L；攪拌30min后，氧化鎂水化形成0.18g納米級(jí)氫氧化鎂。2)離心分離吸附有鈾的氫氧化鎂；檢測(cè)富含鈾酰離子的鹽湖鹵水中是否含有碳酸根離子，若不含碳酸根離子，向水中投入少量碳酸鈉，溶解完全后，將吸附有鈾的氫氧化鎂泥漿轉(zhuǎn)移至10mL富含鈾酰離子的鹽湖鹵水中。鹵水中鈾的初始濃度約27ppm；攪拌3個(gè)小時(shí)后，鹵水中鈾的濃度降低至16.3ppm，吸附容量為0.61mg/g，鈾酰離子提取率約40％，比對(duì)比例2沒有預(yù)處理的氫氧化鎂(鈾酰提取率約8.5％)高。3)將吸附有鈾的納米氫氧化鎂泥漿轉(zhuǎn)移后，投加一定比例的碳酸氫鈉，在室溫下或加熱條件下處理，直到納米氫氧化鎂反應(yīng)完全，生成Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O或Na2Mg(CO3)2，此時(shí)鈾已從顆粒表面脫附形成濃縮液，容易將鈾濃縮液與吸附劑分離。對(duì)比例21)在常溫下，取0.125g氧化鎂，投入到10mL純水溶液中。攪拌30min后，氧化鎂水化形成0.18g納米級(jí)氫氧化鎂。2)離心分離納米級(jí)氫氧化鎂。將納米級(jí)氫氧化鎂轉(zhuǎn)移至10mL富含鈾酰離子的鹽湖鹵水中；鹵水中鈾的濃度約27ppm；攪拌3個(gè)小時(shí)后；鹵水中鈾濃度降低至24.9ppm，吸附容量為0.12mg/g，鈾酰離子提取率約8.5％。實(shí)施例31)在常溫下，取0.25g二氧化鈦，投入到10mL含有鈾酰離子的水溶液中，其中鈾酰離子的濃度0.3mg/L；攪拌30min后，二氧化鈦預(yù)先吸附上鈾酰離子。2)離心分離吸附有鈾的二氧化鈦；檢測(cè)富含鈾酰離子的鹽湖鹵水中是否含有碳酸根離子，若不含碳酸根離子，向水中投入少量碳酸鈉，溶解完全后，將吸附有鈾的氫氧化鎂泥漿轉(zhuǎn)移至10mL富含鈾酰離子的鹽湖鹵水中；鹵水中鈾的初始濃度約27ppm；攪拌3個(gè)小時(shí)后，鹵水中鈾的濃度降低至約12.5ppm，吸附容量為0.59mg/g，鈾酰離子提取率約54％，比對(duì)比例3沒有預(yù)處理的二氧化鈦(鈾酰提取率約26％)高。對(duì)比例31)在常溫下，取0.25g二氧化鈦，投入到10mL純水溶液中；攪拌30min。2)離心分離出二氧化鈦；將二氧化鈦轉(zhuǎn)移至10mL富含鈾酰離子的鹽湖鹵水中；鹵水中鈾的濃度約27ppm；攪拌3個(gè)小時(shí)后；鹵水中鈾濃度降低至約20ppm，吸附容量為0.28mg/g，鈾酰離子提取率約26％。最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。