本發(fā)明涉及光催化，特別涉及一種光熱泡沫凝膠及其制備方法與應用。

背景技術：

1、社會的快速發(fā)展激化了能源需求與供給之間的矛盾，同時也推動了對可持續(xù)能源的持續(xù)探索。相比太陽能、地熱能和風能，核能作為一種技術成熟、綠色、可持續(xù)的清潔能源成為化石能源的重要替代能源。然而，核能的發(fā)展仍然受到含鈾廢水的污染和鈾資源短缺的限制。因此，對含鈾廢水中鈾的分離回收成為核能可持續(xù)發(fā)展的重要保障。

2、近年來，國際上積極開展廢水體系中鈾的富集分離技術的研究。其中吸附法由于操作便捷、經(jīng)濟成本低、環(huán)境友好等優(yōu)勢成為廢水除鈾的主要方法之一。但是吸附法仍然受到吸附劑吸附性能差、選擇性低的限制。光催化方法具有選擇性好、高效快速、無毒化和反應條件溫和等優(yōu)勢，因此成為修復含鈾廢水的有效途徑之一。

3、相關技術中，存在大量的光催化劑用于含鈾廢水中核素鈾的富集與分離；然而，這些光催化劑仍然存在成本高、處理效果不佳、難以規(guī)?；a(chǎn)等缺點。并且，經(jīng)光催化劑處理后的含鈾廢水大都直接排放到環(huán)境中，由于處理效率低下，這種廢水直接排放后不僅對環(huán)境存在的潛在威脅，同時也會造成水資源的浪費。

4、因此，基于上述問題，亟需研究一種光熱泡沫凝膠及其制備方法。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種光熱泡沫凝膠及其制備方法與應用，該光熱泡沫凝膠具有制備成本低、處理含鈾廢水效果好以及能夠規(guī)?；瘧玫膬?yōu)點，并且利用該光熱泡沫凝膠能夠?qū)崿F(xiàn)清潔水的生產(chǎn)。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種光熱泡沫凝膠的制備方法，該制備方法包括如下步驟：

3、(1)將海藻酸鈉溶解在親水有機溶劑水溶液中，得到混合溶液；

4、(2)向所述混合溶液中加入光催化劑、光熱轉(zhuǎn)換劑和表面活性劑混勻反應，得到反應溶膠；其中，所述光催化劑為cu2+1o/cu光催化劑；

5、(3)將所述反應溶膠中依次加入碳酸鈣和鹽酸溶液，攪拌反應后得到所述光熱泡沫凝膠。

6、優(yōu)選地，所述cu2+1o/cu光催化劑的制備方法包括如下步驟：

7、(21)向五水合硫酸銅水溶液中加入氫氧化鈉混合反應，得到反應溶液；

8、(22)向所述反應溶液中加入葡萄糖，攪拌反應后得到所述cu2+1o/cu光催化劑。

9、優(yōu)選地，步驟(21)中，所述五水合硫酸銅水溶液的質(zhì)量濃度為0.04-0.08g/ml；五水合硫酸銅與氫氧化鈉的質(zhì)量之比為2：(2.5-15)。

10、優(yōu)選地，步驟(21)中，所述反應的溫度為65-70℃，時間為5-15min。

11、優(yōu)選地，步驟(22)中，氫氧化鈉與葡萄糖的質(zhì)量之比為(1-4)：1。

12、優(yōu)選地，步驟(22)中，攪拌反應的溫度為65-70℃，時間為60-70min。

13、優(yōu)選地，在步驟(22)中，攪拌反應之后還包括對反應產(chǎn)物依次進行離心、洗滌和真空干燥的步驟。

14、優(yōu)選地，步驟(1)中，所述親水有機溶劑水溶液中，親水性有機溶劑為丙三醇，親水有機溶劑和水的體積比為(5-8)：3；所述海藻酸鈉的添加量為混合溶液總量的2.0-3.0wt％。

15、優(yōu)選地，步驟(2)中，所述光熱轉(zhuǎn)換劑為炭黑、三氧化二鐵或碳納米管，所述表面活性劑為烷基硫酸鹽類或聚乙烯醚類。

16、優(yōu)選地，所述光催化劑的添加量為0.02-0.2g，所述光催化劑與光熱轉(zhuǎn)換劑的質(zhì)量之比為(1-10)：1，所述表面活性劑的添加量為所述反應溶膠總量的1-3wt％。

17、優(yōu)選地，步驟(3)中，所述鹽酸溶液的濃度為0.1-0.2mol/l；碳酸鈣的添加量為海藻酸鈉添加量的0.5-0.8wt％。

18、第二方面，本發(fā)明還提供了一種光熱泡沫凝膠，該光熱泡沫凝膠采用上述第一方面任一所述的制備方法制備得到。

19、第三方面，本發(fā)明提供了一種光熱泡沫凝膠的應用，應用于光催化降解含鈾廢水并生產(chǎn)清潔水。

20、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比至少具有如下有益效果：

21、本發(fā)明首先將海藻酸鈉與親水有機溶劑和水進行混勻，混勻過程中海藻酸鈉與親水有機溶劑能夠進行氫鍵自組裝，從而使得海藻酸鈉與親水性有機溶劑形成雙網(wǎng)絡結構，之后將光催化劑、光熱轉(zhuǎn)換劑和表面活性劑加入混合溶液中進行攪拌混勻，最后加入碳酸鈣和鹽酸與海藻酸鈉等進行溶膠凝膠反應，從而制備得到負載有光催化劑和光熱轉(zhuǎn)換劑，且具有較好的穩(wěn)定性的光熱泡沫凝膠；

22、本發(fā)明泡沫凝膠中的光催化劑為自制缺陷型cu2+1o/cu光催化劑，該光催化劑尤其對含鈾廢水具有較好的光催化降解性能，利用該光熱泡沫凝膠對含鈾廢水進行處理時，該光熱泡沫凝膠能夠漂浮于含鈾廢水表面，首先利用泡沫凝膠的吸附性能對含鈾廢水中的鈾離子進行吸附；與此同時，在太陽光照射下，光熱轉(zhuǎn)換劑能夠捕獲太陽光的能量并將其轉(zhuǎn)換為熱能，從而進一步加強泡沫凝膠對含鈾廢水中鈾離子的吸附作用，之后泡沫凝膠中分布的cu2+1o/cu光催化劑能夠?qū)ξ降玫降拟欕x子進行光催化降解，如此循環(huán)往復，從而實現(xiàn)對含鈾廢水的持續(xù)降解處理。

技術特征：

1.一種光熱泡沫凝膠的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述cu2+1o/cu光催化劑的制備方法包括如下步驟：

3.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于：步驟(21)中，所述五水合硫酸銅水溶液的質(zhì)量濃度為0.04-0.08g/ml；五水合硫酸銅與氫氧化鈉的質(zhì)量之比為2：(2.5-15)；和/或

4.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于：步驟(22)中，氫氧化鈉與葡萄糖的質(zhì)量之比為(1-4)：1；和/或

5.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于：在步驟(22)中，攪拌反應之后還包括對反應產(chǎn)物依次進行離心、洗滌和真空干燥的步驟。

6.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，所述親水有機溶劑水溶液中，親水性有機溶劑為丙三醇，親水有機溶劑和水的體積比為(5-8)：3；和/或

7.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，所述光熱轉(zhuǎn)換劑為炭黑、三氧化二鐵或碳納米管，所述表面活性劑為烷基硫酸鹽類或聚乙烯醚類；和/或

8.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(3)中，所述鹽酸溶液的濃度為0.1-0.2mol/l；碳酸鈣的添加量為海藻酸鈉添加量的0.5-0.8wt％。

9.一種光熱泡沫凝膠，其特征在于，根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的制備方法制備得到。

10.根據(jù)權利要求1至8中任一所述的制備方法制備得到的光熱泡沫凝膠的應用，其特征在于，將所述光熱泡沫凝膠應用于光催化降解含鈾廢水并生產(chǎn)清潔水。

技術總結
本發(fā)明提供了一種光熱泡沫凝膠及其制備方法與應用，該光熱泡沫凝膠的制備方法包括如下步驟：(1)將海藻酸鈉溶解在親水有機溶劑水溶液中得到混合溶液；(2)向所述混合溶液中加入光催化劑、光熱轉(zhuǎn)換劑和表面活性劑混勻反應，得到反應溶膠；其中，所述光催化劑為Cu<subgt;2+1</subgt;O/Cu光催化劑；(3)向所述反應溶膠中依次加入碳酸鈣和鹽酸溶液，攪拌反應后得到所述光熱泡沫凝膠。本發(fā)明制備的光熱泡沫凝膠具有制備成本低、處理含鈾廢水效果好以及能夠規(guī)模化應用的優(yōu)點，并且利用該光熱泡沫凝膠能夠?qū)崿F(xiàn)清潔水的生產(chǎn)。

技術研發(fā)人員：紀德彬,楊嘉梁,吳紅軍,苑丹丹,喬志強,胡月
受保護的技術使用者：東北石油大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/10