本發明涉及環境保護和水處理領域,具體涉及一種用于水處理的膠體材料及其制備方法。
背景技術:
1、放射性廢物的衰變周期長達數萬年甚至幾十萬年,因此深層地質處置庫設計的運作周期也要達到數萬年的要求。由于地質處置庫置于深層地下花崗巖層中,會受到巖土裂隙中地下水的常年侵蝕,緩沖材料屏障會形成相關穩定的膠體材料。而當高放廢物地質處置庫被地下水浸入后,廢物固化體中的長壽命放射性核素會隨著地下水的浸蝕從固化體中浸出。一旦廢物包裝容器被腐蝕和破壞,放射性核素將隨地下水的遷移又進一步與周圍的緩沖回填材料等發生相互作用而形成放射性膠體,且分散在水中的膠體具有良好的遷移能力可使原本移動性較弱的組分通過可移動的膠體加速移動,導致放射性污染物的歸趨發生變化,從而對環境安全造成潛在的威脅。基于處置庫泄漏風險考慮,人們對其周邊產生的膠體進行了大量研究,尤其是對膨潤土膠體進行了大量的研究,其具有較大的比表面積和較高的表面能,對放射性核素具有很強的吸附能力。
2、eu(iii)作為三價稀土元素,在對放射性核素進行研究時,由于eu(iii)的離子半徑與物理化學性質與三價錒系元素接近,通常在實驗里作為極強放射性和毒性am(iii)的模擬核素。
3、現有技術中,人們對膨潤土膠體的研究較多,但對其它膠體的研究都較少涉及,因而本領域需要開發一種用于水處理的新的膠體材料及其制備方法。
技術實現思路
1、因此,本發明首先提供一種用于水處理的膠體材料的制備方法,所述膠體材料為伊利石膠體,且所述制備方法包括先取伊利石粉末與超純水或去離子水混合,超聲振蕩后靜置一段時間,取上清液于離心管中離心,取離心的上清液于第一容器中靜置,取第一容器的上清液至第二容器中靜置,再取第二容器的上清液至第三容器中,即得到所述伊利石膠體。
2、本發明中,根據發明人的實驗經驗可知,一般在將第二容器的上清液倒至第三容器中時,已能形成伊利石膠體。
3、在一種具體的實施方式中,所述伊利石粉末與超純水的重量比例為1:10~1000,優選1:50~200,更優選1:80~150。
4、在一種具體的實施方式中,所述超聲振蕩的時間為10分鐘到10小時,優選0.5~3小時;且超聲振蕩后的靜置時間為5小時以上,優選12小時以上,更優選24小時以上。
5、在一種具體的實施方式中,離心的轉速為4000rpm以上,優選為7000~10000rpm;離心的時間為10min以上,優選30min以上。
6、在一種具體的實施方式中,所述第一容器為塑料容器或玻璃容器,且上清液在第一容器中的靜置時間為5小時以上,優選12小時以上,更優選24小時以上。
7、在一種具體的實施方式中,所述第二容器為塑料容器或玻璃容器,且上清液在第二容器中的靜置時間為5小時以上,優選12小時以上,更優選24小時以上。
8、本發明中,所述第一容器和第二容器為透明的塑料容器或玻璃容器,便于觀察靜置沉降的效果;所述第三容器的材質不限,可以是塑料容器或玻璃容器,也可以是陶瓷容器等其它容器,所述第三容器還可以是洗凈后的第一容器。
9、在一種具體的實施方式中,所述伊利石膠體在2~8℃的冰箱中保存備用。
10、本發明中,如果不立即使用制備得到的伊利石膠體,則其需要在2~8℃的冰箱中冷藏保存,否則長時間溫度過高會使得伊利石膠體易于返回至呈清液狀態。
11、在一種具體的實施方式中,先將所述伊利石膠體的ph值調節至9~12再保存伊利石膠體。
12、本發明中,堿性環境更適合保存伊利石膠體。本發明中,例如使用0.1mol/l的naoh或hcl來調節伊利石膠體的ph值。
13、本發明還提供一種如上所述制備方法制備得到的膠體材料。
14、本發明還提供一種如上所述制備方法制備得到的膠體材料在水環境中用于吸附放射性核素的應用。
15、本發明還提供一種膠體材料在地下水環境中用于吸附金屬元素的應用,所述膠體材料為伊利石膠體,所述伊利石膠體用于吸附金屬元素銪或镅。
16、在一種具體的實施方式中,所述水中銪或镅的初始濃度為0.3mg/l以上,優選為1.6~4.8mg/l;且伊利石膠體的用量為0.5~2g/l。具體的,所述伊利石膠體的用量例如為1g/l。
17、在一種具體的實施方式中,所述伊利石膠體與含銪或镅的水的接觸時間為10min以上,優選為15~60分鐘。
18、在一種具體的實施方式中,所述伊利石膠體與含銪或镅的水的吸附反應溫度為20℃以上,優選30℃以上,更優選40℃以上。
19、在一種具體的實施方式中,所述含銪或镅的水的ph值為8以上,優選9~12。
20、在一種具體的實施方式中,所述含銪或镅的水的ph值為8以下,且在含銪或镅的水中加入堿或黃腐酸對其進行預處理。
21、本發明的有益效果至少包括:本發明中伊利石膠體的制備方法簡單有效,制備得到的伊利石膠體對銪和镅的吸附性能較好,本發明通過模擬不同水化學環境中伊利石膠體對eu(iii)的吸附性能,探究其吸附機理,得出的結論是:伊利石膠體能作為水環境中eu(iii)遷移的有效載體,為探究深層地質處置庫周邊的核素镅外泄提供了基礎依據。總的來說,本發明提供的伊利石膠體能在水處理中用于有效吸附銪和镅。
1.一種用于水處理的膠體材料的制備方法,其特征在于,所述膠體材料為伊利石膠體,且所述制備方法包括先取伊利石粉末與超純水或去離子水混合,超聲振蕩后靜置一段時間,取上清液于離心管中離心,取離心的上清液于第一容器中靜置,取第一容器的上清液至第二容器中靜置,再取第二容器的上清液至第三容器中,即得到所述伊利石膠體。
2.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述伊利石粉末與超純水的重量比例為1:10~1000,優選1:50~200,更優選1:80~150。
3.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述超聲振蕩的時間為10分鐘到10小時,優選0.5~3小時;且超聲振蕩后的靜置時間為5小時以上,優選12小時以上,更優選24小時以上。
4.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,離心的轉速為4000rpm以上,優選為7000~10000rpm;離心的時間為10min以上,優選30min以上。
5.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述第一容器為塑料容器或玻璃容器,且上清液在第一容器中的靜置時間為5小時以上,優選12小時以上,更優選24小時以上。
6.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述第二容器為塑料容器或玻璃容器,且上清液在第二容器中的靜置時間為5小時以上,優選12小時以上,更優選24小時以上。
7.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述伊利石膠體在2~8℃的冰箱中保存備用。
8.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,先將所述伊利石膠體的ph值調節至9~12再保存伊利石膠體。
9.一種如權利要求1~8中任意一項所述制備方法制備得到的膠體材料。
10.一種如權利要求1~8中任意一項所述制備方法制備得到的膠體材料在水環境中用于吸附放射性核素的應用。