Page 15 - 《精细化工》2023年第12期

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
图 5 可知，框内 Fe 3 O 4 纳米粒子附着在生物炭表面。
吸附后，U 附着在磁性生物炭表面。此材料对铀的
吸附容量达到了 52.63 mg/g。虽然利用菱铁矿改性
生物炭不如运用纯度较高的化学试剂赋磁所得的生
物炭吸附容量大，但菱铁矿廉价易得，节约了化学
试剂，使成本更低。
图 5 磁性生物炭吸附前（a）、后（b）的 SEM 图
Fig. 5 SEM images of magnetic biochar before (a) and
after (b) adsorption [34]
纳米金属材料在环境修复中应用广泛，比表面
积更大，反应活性更高，吸附性能更强。纳米零价
铁（nZVI）是由外部氧化层和内部零价铁核组成的
核壳结构，主要通过内球络合和氧化还原反应将废
水中的 U（Ⅵ）还原为 U（Ⅳ），可部分将 U（Ⅵ）
沉淀。生物炭可为 nZVI 提供负载位点 [35] ，防止团
聚，效果如图 6 所示。
图 6 nZVI 负载改性效果图 [35]
Fig. 6 Effect diagram of modification of nZVI [35]
PANG 等 [36] 将竹荪生物炭悬浮液与 FeSO 4 溶液
混合，边搅拌边滴加 Na 2 S 2 O 4 和过量 NaBH 4 的混合
溶液，利用 nZVI 基固有的磁性，分离生物炭负载
硫化纳米零价铁（BC-SnZVI），并在 N 2 气氛下烘干
研磨。nZVI 结构表面形成了 FeS x 壳层，减少氧化，
限制团聚，而 BC-SnZVI 表现出比 SnZVI 更好的分
散 性及抗 氧化 性，并 提供 更多的 活性 位点 。
BC-SnZVI 复合材料通过吸附和还原反应的协同作
用，对 U（Ⅵ）的最大吸附容量为 300.2 mg/g。刘
清等 [37] 利用向日葵叶提取液与残渣分别制得纳米铁
粒子（GN-FeNPs）和生物炭（BC），并将 GN-FeNPs
负载到 BC 上制得 了生物炭负 载纳米铁粒 子
（GN-FeNPs/BC）。由于 GN-FeNPs 比表面积大、反
应活性高、疏松多孔、官能团丰富，GN-FeNPs/BC
·2557·
既发挥了两者优点，又利用了生物炭增强纳米铁
粒 子的稳定性。在 pH=5 时，最大吸附容量为
96.43 mg/g。
磁性生物炭通过外加磁场回收，比传统的过滤、
离心操作更简单。在制备磁性生物质吸附材料时，
应注意生物质与铁纳米粒子的比例，过量的生物炭
抑制铁纳米粒子对铀的吸附，过量的 nZVI 会堵塞
生物炭孔隙。磁改性方法制得的吸附材料较为稳定，
适合大规模生产。
2.1.3 基团修饰改性的农林业固体废弃物吸附废水
中的铀
生物炭表面官能团单一，选择性及吸附差等缺
点使原始生物炭对特定金属的吸附效率低，往往达
不到预期的效果。研究者将生物炭表面官能团修饰
[34] [38-39] [40]
改性，开发出—NH 2 、C==S、N—H 、—
C(:NOH)NH 2 [41] 等基团修饰的生物炭材料。
胡世琴等 [38] 以烟叶生物炭、浓氨水和环氧氯丙
烷为原料，经水浴、油浴加热反应、洗涤、干燥后
得到了氨基化烟叶生物炭（ATC），ATC 合成路线如
图 7 所示。由图 7 可见，生物炭上修饰了氨基和羧
基。氨基改性有利于烟叶生物炭与铀的配位能力的
提高和表面反应吸附位点的增加，ATC 对 U（Ⅵ）
的最大理论吸附容量为 495.04 mg/g，5 次吸附-解吸
实验后，吸附率仍在 86.71%以上。
图 7 ATC 的合成 [38]
Fig. 7 Synthesis of ATC [38]
TAN 等 [40] 将甘草渣浸入 ZnCl 2 溶液加热搅拌直
至得到糊状物，烘干后用微波活化，制得甘草渣活
性炭（AC），随后进行 HNO 3 改性，活性炭 AC 具有
更多的含氧基团。向含有硫代乙酰胺（TAA）的甲
醇溶液中加入含氧 AC，超声分散使其均匀混合，逐
滴加入甲醛和乙酸，合成了硫代乙酰胺改性甘草渣
生物炭（TAA-AC），合成路线如图 8 所示。TAA 中
含有的 C==S 和 N—H 基团能通过与甲醛缩合反应
修饰甘草渣生物炭的表面，有利于铀的结合。
在 pH 为 2~6 范围内铀的去除效率高，最大吸
附容量为 340 mg/g，适用于低浓度铀的吸附，且具
有选择吸附性。