Page 13 - 《精细化工》2023年第12期
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第 12 期 于秀明，等: 固体废弃物吸附含铀（Ⅵ）废水的应用及性能 ·2555·
等，煤矸石堆放会产生有机污染物多环芳烃，有致 2.1.1 酸/碱联合改性的农林业固体废弃物吸附废
癌风险 [16] 。钢渣是炼钢厂产生的工业固废，主要由 水中的铀
钙、硅、铁、铝和锰的氧化物以及一些碱性物质组 相较于磁改性、基团修饰、复合改性，对预处
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成。2021 年，中国钢渣产生量>1.2×10 t，社会积存 理后的农林业固体废弃物进行酸/碱改性是最简单
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的钢渣已达 8×10 t 。中国有近 80%的钢渣没有被 易行的改性方法。酸/碱改性能促进有机部分水解反
合理利用 [18] ，对大气、土壤、水环境造成环境污染。 应生成更多的羧基和羟基，提高与铀的结合能力。
工业固废在总固体废弃物中占比最大，传统的资源 酸/碱改性会使活性物质的含量降低，也影响生物质
利用化技术包括道路建设、生产水泥和混凝土等， 表面电荷，进而影响吸附能力。
从工业固废中回收提取有用的组分如金属渣中提取 ŠABANOVIĆ 等 [27] 将硝酸和 NaOH 溶液改性柠
铁、铜、金、银等金属，赤泥中提取有价金属，粉 檬皮与未改性的柠檬皮作吸附含铀废水的对比，发
煤灰中提取玻璃微珠等都是有效利用的途径。新兴 现低 pH（pH=3）下，铀能与未改性柠檬皮所含的
资源化利用技术如土壤修复、含重金属废水处理附 活性物质结合，且强酸改性使柠檬皮表面带大量正
加值高 [19] ，大量研究展现了利用赤泥 [20] 、粉煤灰、 电荷，与铀酰离子相斥，因此未改性的柠檬皮吸附
煤矸石、钢渣 [21] 等处理废水的可行性。 容量反而更高。在 pH=3~10 范围内，改性后的柠檬
城市固体废弃物，即城市生活垃圾。其中污泥 皮上生成了更多的羧基和苯酚基团，吸附容量增大，
是城市市政排水系统所产生的副产品，包括排水管 且吸附容量总是大于未改性的柠檬皮，pH=8 时，最
道、泵站和污水处理厂的污泥。随着城市生活水平 大吸附容量为 24.39 mg/g，比未改性的增加了 4 倍，
的提高，人们对水质要求也不断提高，污水处理规 过酸过碱都不利于铀的吸附。张晓峰等 [28] 采用丁二
模日益提升，污泥产量相应增加。到 2022 年，中国 酸对茶油树木屑改性，丁二酸一端的羧基与木屑的
处理城市及工业污水产生的污泥量已达 7.29× 醇羟基酯化缩合使茶油树木屑增加了羧基和酯基；
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10 t/a [22] 。传统处置污泥的方式有填埋、焚烧发电， 通过 SEM 图（图 1）可以看出，碱化和酯化后的茶
填埋虽简单，但会造成土壤污染和土地资源的浪费，
油树木屑呈褶皱叶片状，比表面积增大，增加了铀
焚烧发电虽利用了资源，但受运输成本的制约；日 的吸附位点，有利于铀的吸附。经改性后，铀的吸
本新型处理方式纯臭氧分解成本较高。污泥处置是 附适应 pH 范围更宽，pH=2~7 对铀均有一定的吸附效
城市污水处理的最后环节，如果处理处置不当，会
果，pH=4 时最大吸附容量为 31.5 mg/g。
腐化发臭，造成生态环境二次污染和社会负担。污
泥中含有大量重金属、有机物及营养物质，既是污
染源，又是可利用的资源 [23] 。
2 固体废弃物改性在吸附含铀废水中的应用
2.1 农林业固体废弃物吸附废水中的铀
未经改性处理的农林业废弃物吸附剂表面粗
糙，有利于表面改性和化学修饰 [24] ，同时这种吸附
剂具有再生周期短、可生物降解等优点，将低成本
的农业废弃物制成生物炭，不仅是一个废水处理的
可持续解决方案，更是一种很有前景的生物质废弃
物利用方法。相对较高的热解温度产生的生物炭是
通过增加比表面积、微孔和疏水性来有效吸附污染
物；而在低温下获得的生物炭更适合通过含氧官能
团、静电吸引和沉淀去除无机或极性有机污染物 [25] 。
但生物炭在实际应用中存在官能团单一、选择吸附 图 1 茶油树木屑（a）及其碱化（b）和酯化（c）改性
性差、难分离难回收问题 [26] ，对环境造成的二次污 后的 SEM 图 [28]
Fig. 1 SEM images of tea oil tree chips (a) and their
染也是不可忽视的，需要对生物炭进行改性，将生 modification by alkalinization (b) and esterification (c) [28]
物炭通过物理、化学等方法进行修饰或负载一些无
机或有机物，从而提高生物炭的吸附性能。对农林 JIN 等 [29] 以稻壳（WH）为生物质在 450 ℃下
业固体废弃物的改性主要分为酸/碱改性、磁改性、 制备了生物炭（WHB），然后用 HNO 3 进行氧化，
基团修饰改性、其他金属氧化物复合改性等。 得到硝酸氧化稻壳生物炭（WHB-AO）。与硝酸氧化
