Bark, a suitable biosorbent for the removal of uranium from wastewater – From laboratory to industry

Résorption de l’uranium par les écorces – De l’idée de laboratoire à son industrialisation

¹ Laboratoire de Chimie des Substances Naturelles EA1069, Faculté des Sciences et Techniques, 123 avenue Albert Thomas, 87060 Limoges, France
² Pe@rL SAS, 83 rue d’Isle, 87000 Limoges, France

Received: 17 December 2011
Accepted: 26 May 2011

Abstract

This paper shows that natural materials such as barks can successfully replace synthetic resins for industrial purposes. Evaluated in batch conditions, biosorption of uranium on suitably prepared Douglas fir barks took place in less than 10 min and appeared to be optimum at pH>4. The biosorption process of uranium (uranyl form UO) was characterized in the optimal physico-chemical conditions and could be mathematically modeled as a Langmuir isotherm. With a maximum uranium specific uptake q_maxvalue of 1.16 meq.g^-1 (138 mgU.g^-1) it was found that the sorption capability of Douglas fir barks was at least five times higher for uranium than for other heavy metals such as lead. Adsorption of uranium contained in water leached from a former uranium mine was then monitored over a one-month period in a laboratory-scale chromatography column. The fixation capacity remained fairly constant throughout the whole testing period. Water radioactivity decreased from 1500 mBq.L^-1 (0.12 mgU.L^-1) to  <5 mBq.L^-1(0.4 μ gU.L^-1) at the column exit. This technology was successfully transferred and tested through a pilot project under industrial conditions with the support of AREVA NC.

Résumé

Cet article montre que des matériaux naturels tels que les écorces peuvent efficacement remplacer des résines synthétiques dans des procédés industriels. Étudiée dans des conditions batch, la biosorption de l’uranium sur des écorces de sapin de Douglas préalablement préparées a lieu en moins de 10 minutes et est optimale pour des valeurs de pH supérieures à 4. Le processus de biosorption de l’uranium (UO) a été caractérisé aux conditions physicochimiques optimales et a été modélisé par la théorie des isothermes de Langmuir. Avec une capacité d’adsorption maximale de l’uranium q_maxégale à 1,16 meq.g^-1 (138 mgU.g^-1), la capacité de biosorption des écorces de sapin de Douglas est au moins cinq fois plus élevée pour l’uranium que pour d’autres métaux lourds comme le plomb. L’adsorption de l’uranium contenu dans l’eau d’exhaure d’une ancienne mine d’uranium a ensuite été réalisée au cours d’une période d’un mois dans une colonne de chromatographie en condition de laboratoire. La capacité d’adsorption du dispositif est restée constante tout au long de l’expérience. La radioactivité dans l’eau a été divisée par un facteur supérieur à 300, passant de 1500 mBq.L^-1 (0,12 mgU.L^-1) en entrée de colonne à  < 5 mBq.L^-1 (< 0,4 μ gU.L^-1) en sortie de colonne. Le procédé a été transféré avec succès. Il est actuellement en phase de pré-industrialisation sur un ancien site minier de la société AREVA NC.