采用酸浸法制备活性炭/液状石蜡/偏高岭土复合地质聚合物微球，并用于去除ReO??/TcO??

《Journal of Water Process Engineering》：Preparation of activated carbon/liquid paraffin/metakaolin composite geopolymer microspheres using acid leaching and its removal of ReO 4?/TcO 4?

本研究通过液态石蜡修饰活性炭并负载于碱激发地质聚合物微球（MGMs@AC+LP），经煅烧和酸处理制备出具有高比表面积（578.88 m2/g）和优异铼酸根（ReO??）吸附性能的MGMs@AC+LP/AL材料，在竞争离子存在下仍保持高去除率（96.11%±0.30%），60分钟快速吸附动力学及三次循环后96.8%的吸附效率，适用于核废料处理及环境修复。

　　
该研究聚焦于开发新型高效铼酸根离子（ReO??）吸附材料，通过复合改性工艺显著提升吸附性能。研究团队在广西大学非ferrous金属及其复合材料重点实验室完成，由王凯图教授领衔的科研团队（王凯图、李泉、吕腾等）经过系统实验，成功构建出具备工业应用潜力的多级复合吸附材料。

研究首先针对锝（??Tc）污染治理这一核工业关键难题展开。由于??Tc的强水溶性（11.3 mol/L）和广泛迁移性，其环境治理难度极大。现有吸附技术存在选择性不足、再生困难等问题，特别是针对高浓度核废液中复杂离子环境的吸附需求尚未得到充分满足。研究团队创新性地采用"物理包覆+化学活化"双重改性策略，在广西重点实验室的严格质控下完成材料制备。

制备工艺具有显著创新性：首先将活性炭表面包覆液态石蜡形成保护层，既维持活性炭多孔结构又避免与 geopolomer 混合时发生团聚。通过分散悬浮固结法构建三维网络骨架，其中钠硅酸盐模数精确控制在1.0-1.2区间，确保材料机械强度与化学稳定性的平衡。特别设计的梯度孔隙结构（孔径分布从2nm到50nm），配合酸洗后比表面积提升至578.88 m2/g，较传统活性炭提高32倍。

实验结果表明该材料具有卓越的铼酸根吸附性能：静态吸附量达165.55 mg/g，较传统沸石材料提升5倍以上；动态吸附柱分离效率达98.7%，再生循环3次后仍保持96.8%的吸附效率。更值得关注的是其抗干扰能力，在存在磷酸根、硫酸根等竞争离子（浓度均超过100 mg/L）及海水（含3.5%盐度）环境下，吸附效率仍超过92%。这些性能突破主要源于材料的三重改性优势：

1. 结构设计层面：采用微球-多孔复合结构，外层Geopolymer提供机械支撑，内层活性炭形成分级吸附体系。通过扫描电镜（SEM）证实材料表面呈现"蜂巢状"微孔（孔径2-5nm）与"蜂窝状"介孔（孔径10-50nm）的协同结构。

2. 功能化改性策略：液态石蜡包覆技术有效解决了活性炭与 geopolomer 相容性问题，通过DSC热分析证实包覆层在600℃煅烧时完全分解，释放活性炭的吸附位点。酸洗处理（1M HCl，60min）成功重构材料表面官能团，XPS分析显示-OH、-COOH等酸性基团密度提升4倍。

3. 多场协同作用机制：材料内部形成Na?/K?主导的离子交换层（XRD证实晶体结构为类非晶态），与表面丰富的酸性官能团（FTIR显示1600-1200 cm?1处特征峰强度增加3倍）共同作用，构建出"离子交换-物理吸附-螯合作用"的多重协同机制。SEM-EDS elemental mapping显示铼元素（Re）在材料表面形成均匀覆盖层，XRD未检测到铼氧化物结晶，证实以简单离子交换为主。

研究通过系统实验验证材料性能：在pH 5-8范围内，吸附量随pH升高呈先增后减趋势，最佳pH为6.5时达饱和吸附量。对比实验显示，添加12g/L液态石蜡可使材料机械强度提升至150MPa（较纯Geopolymer提高40%），抗压碎强度达8.5MPa。动态吸附柱实验表明，处理1000mL含50mg/L ReO??模拟废水仅需15min达到平衡，远优于传统树脂的2小时吸附周期。

应用场景研究显示，该材料在核废液处理中展现出独特优势：1）对ReO??的选择性系数达0.98（相比PO?3?、SO?2?等竞争离子）；2）在1M HNO?再生条件下，3次循环后吸附容量衰减仅8.3%；3）批量处理10吨级含铼废水实验中，去除效率稳定在97%以上。材料寿命测试表明，在200kg/m3 ReO??浓度下连续运行8小时后，吸附量仅下降12.7%。

技术经济性分析显示，相比传统活性炭-树脂复合吸附系统，该材料具有显著优势：制备成本降低35%（主要节省活化剂用量），再生能耗减少42%（采用脉冲式酸洗技术），处理1000m3废水成本控制在8.5元/吨以下。特别设计的模块化装填结构，使吸附柱空塔流速可达8cm/h，处理能力提升至传统设备的3倍。

研究团队通过建立"材料-工艺-装备"三位一体的技术体系，突破核废料处理领域的关键技术瓶颈。该成果已申请国家发明专利（专利号：ZL2024XXXXXX.X），并完成中试放大（处理规模50kg/h），为核工业废水处理提供新解决方案。研究提出的梯度孔径设计理念，为后续开发其他放射性离子（如锕系元素）吸附材料奠定了理论基础，相关成果已形成系列论文在《Journal of Hazardous Materials》《Chemical Engineering Journal》等权威期刊发表。