聚丙烯腈基钛酸钾球形复合吸附剂的制备及其对Sr~(2+)的吸附性能研究

以钛酸钾(KTiO)为有效成分、聚丙烯腈(PAN)为基体,制备了聚丙烯腈基钛酸钾球形复合吸附剂(PAN-KTiO)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等对PAN-KTiO进行了表征,并通过静态吸附实验,研究了接触时间、pH值、竞争离子、Sr~(2+)初始浓度等对PAN-KTiO吸附Sr~(2+)效果的影响,分析了吸附过程的反应动力学和吸附等温线。结果表明,PAN-KTiO对Sr~(2+)的吸附平衡时间约为24 h,PAN-KTiO吸附Sr~(2+)时,溶液最佳pH值约为6.55;Ca~(2+)、Mg~(2+)对Sr~(2+)在PAN-KTiO上的吸附存在较强的抑制作用;准二级动力学方程能更好地描述PAN-KTiO对Sr~(2+)的吸附动力学过程,而Langmuir模型能更好地描述PAN-KTiO对Sr~(2+)的吸附等温线;PAN-KTiO对Sr~(2+)的吸附过程是以化学吸附为主的单分子层吸附,PAN-KTiO对Sr~(2+)的饱和吸附容量可达53.850 mg/g。     

层状金属硫化物硫化锡钾的制备及其对Sr~(2+)的吸附性能研究

本文用水热法合成了硫化锡钾(KSnS),利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪等对KSnS的形貌和组成进行了表征分析,并通过静态吸附实验分别研究了pH值、接触时间、共存离子和Sr~(2+)初始浓度对KSnS吸附Sr~(2+)的影响。结果表明,在40℃、pH=7.25、Sr~(2+)初始浓度为5.5 mg/L的条件下,KSnS对Sr~(2+)的吸附平衡时间约为35 min,Sr~(2+)去除率为99.62%。吸附反应可操作pH值范围较宽,5pH10时,Sr~(2+)去除率保持在80%以上。溶液中含有K~+、Na~+、Ca~(2+)和Mg~(2+)等共存离子时,二价离子的干扰大于一价离子。KSnS对Sr~(2+)的吸附动力学行为可用准二级动力学方程描述,吸附过程属于化学吸附。通过Weber-Morris模型和Boyd模型分析可知,液膜扩散是主导吸附速率的步骤。     

水合五氧化二锑-磷钼酸铵对锶、铯的吸附性能研究

研究多种因素对水合五氧化二锑(HAP)及水合五氧化二锑-磷磷钼酸铵(HAP-AMP)制备的影响,在实验条件下找到了HAP及HAP-AMP的最佳制备工艺。分别考察了HAP对Sr~(2+),HAP-AMP对Sr~(2+)、Cs~+的吸附性能。结果表明:在实验条件下,HAP对Sr~(2+)的最大吸附量可达0.73 mmol/g,而HAP-AMP对Sr~(2+)、Cs~+的最大吸附量可分别达到0.47 mmol/g和0.32 mmol/g;同时,HAP-AMP对Sr~(2+)、Cs~+的吸附还有显著的选择性。     

脱氮硫杆菌的筛选及其对锶离子的矿化作用

放射性污染日益严重,其中锶污染作为土壤典型污染之一成为研究热点。土壤中存在着一些矿化菌,能够对锶离子进行矿化固定。本实验对从土壤中分离的3株脱氮硫杆菌的特性及其对Sr~(2+)的矿化行为进行了研究,发现该菌对1.0g/L模拟Sr~(2+)污染的去除率可达80%。扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等结果显示,矿化产物为硫酸锶。可见,利用脱氮硫杆菌治理土壤中Sr~(2+)污染具有可行性,该方法将会有一定应用前景。     

蛭石和蒙脱石对Sr的吸附性能

研究了蛭石、蒙脱石对Sr的吸附行为及各种实验条件对吸附的影响.结果表明,在室温下,pH=8,初始浓度C_0=20 MBq/L的Sr~(2+)溶液,保持液固比为50∶1(mL∶g)不变时,蛭石和蒙脱石对Sr~(2+)的去除率分别达96.8%和98.5%;在相同条件下,其适宜吸附的pH范围均为3～10,吸附平衡时间分别为2 h和15 min;Ca~(2+)对蛭石和蒙脱石的吸附影响均较大;而2 mol/L HNO_3 能分别将82.7%和98.7%的Sr~(2+) 从蛭石和蒙脱石上解吸下来.蛭石经[Ag(NH_3)_2]~+和1 mol/L HCl改性,吸附率有所提高,[Cu(NH_3)_4]~(2+)的改性能提高蒙脱石的吸附性能;高温改性却使蛭石和蒙脱石的吸附性能变得更差.此外,还用X衍射分析谱(XRD)对改性前后的蛭石和蒙脱石进行了解析,并初步分析了改性后蛭石和蒙脱石吸附性能发生变化的原因.     

冠醚包覆聚苯乙烯磁性颗粒的合成、表征及其对锶离子的吸附性能

为建立应用磁性颗粒快速分离低水平~(90)Sr的方法,分别以沉淀法合成Fe_3O_4纳米颗粒,微乳聚合法合成磁性聚苯乙烯-二乙烯苯颗粒(Pst-DVB@Fe_3O_4),并将4,4’(5’)-二叔丁基二环己基-18-冠-6(DtBuCH18C6)通过物理作用包覆在Pst-DVB@Fe_3O_4颗粒表面,最终生成一种新型的核-壳结构的DtBuCH18C6包覆的聚合物磁性颗粒(DtBuCH18C6@Pst-DVB@Fe_3O_4)。采用扫描电镜、红外光谱、X射线光电子能谱等方法对颗粒的形貌、结构、表面元素组成及含量进行分析。用于分离水溶液中Sr~(2+)的批实验结果表明,Sr~(2+)的吸附量随着pH值而增加,而在pH=11和pH=13之间急剧上升,温度升高,其吸附量增加。吸附动力学模型结果表明,Sr~(2+)在DtBuCH18C6@Pst-DVB@Fe_3O_4表面的吸附更接近于其和Sr~(2+)之间形成络合物的单层化学吸附过程,符合Langmuir模型。在优化的条件下其最大吸附容量为2.62 mg/g。     

锶污染土壤中耐锶菌株的筛选

通过固体培养基平板中锶的梯度变化,从某锶污染土壤中筛选出了26株细菌和20株放线菌。在含锶的液体培养基中,按照细菌对锶的吸附率和耐受性不同,对细菌和放线菌开展了进一步的筛选,并得到了四株对锶有较好耐受性的细菌。四株菌在24h内的生长倍数超过30倍,对锶的吸附率皆超过20%。它们的最佳生长条件为pH=6.0~7.5、温度为20~40℃、锶初始质量浓度在0~2.0g/L范围内。微生物的16SrDNA鉴定结果表明这四株菌皆为芽孢杆菌属。     

粉煤灰基沸石固化体中Sr~(2+)、Cs~+的浸出行为

以电厂粉煤灰为原料水热制备粉煤灰基沸石,利用粉煤灰基沸石对模拟放射性废液中Sr~(2+)、Cs~+进行分离富集,在碱激发剂的作用下,以粉煤灰、粉煤灰基沸石制备地聚合物固化体,测试了所得固化体的抗压强度和抗浸出性能,并采用X射线衍射法(XRD)和扫描电镜(SEM)技术对浸出机理进行了初步探讨。结果表明,不同沸石掺量对固化体的抗压强度和抗浸出性能有很大的影响,当沸石掺量(质量分数)为20%~30%时,其抗压性能达到国家标准,浸出率和累积浸出分数均远低于国家标准限值。同时,固化体对Sr~(2+)、Cs~+阻滞效果不同,其中对Sr~(2+)的固化效果更加优异,42d浸出率最低为1.87×10~(-6)cm/d,累积浸出分数为3.3×10~(-4)cm。实验得出,粉煤灰基沸石固化体对Sr~(2+)、Cs~+具有较优异的固化效果。     

丝状真菌F54的分离鉴定及其对铯的吸附特性

从新疆放射性污染土壤样本中,采用微生物分离方法,结合压力试验及吸附实验,获得一株对放射性核素污染具有修复能力的土著丝状真菌F54。通过形态学、分子生物学鉴定及Biolog碳源利用实验,F54为镰刀霉菌属真菌,与Fusarium oxysporum strain ATCC MYA-3931同源性最高。最适宜生长条件是:马铃薯葡萄糖培养基,30℃,pH=7.0。菌株F54吸附Cs+的最佳条件是:pH=7.0,30℃,伴随生长进行吸附约3~4d,吸附率最高能达到约84%,常见金属阳离子K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Al~(3+)、Fe~(3+)对其吸附均有一定的抑制作用。菌株F54能够耐受10kGy的钴源照射,对重金属离子Ni~(2+)、Cr~(3+)、Zn~(2+)、Co~(2+)、Pb~(2+)、Hg~(2+)均有较高耐受性,对放射性137 Cs的吸附率为62%。菌株F54在有较高的重金属离子混合污染的放射性环境中具有一定的修复应用潜能。     

酵母菌吸附锶离子后沉淀物的减量化处理

为了探讨酵母菌吸附Sr~(2+)后沉淀物的处理及Sr~(2+)浓缩条件,在不同焚烧温度和不同焚烧时间下对絮凝后的样品进行焚烧处理,同时对焚烧产物进行了X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、扫描电镜-能谱(SEM-EDS)、热重(TG-DTG)分析;并对焚烧产物中的Sr~(2+)进行了进一步的酸浸提取、浓缩。研究结果显示:焚烧温度1 200℃,焚烧时间1.0h,样品减容率和减量率分别为92.9%和91.0%;生成了较为稳定的Al2O3、AlPO_4、Sr_5Al_2O_8等主要物质;TG-DTG分析显示样品热解温度主要集中在800℃以下,质量损失约达90.0%;在硝酸浓度为3 mol/L、固液比为1∶75、浸取时间为60 min的条件下,Sr~(2+)的浸取率为98.1%,浓缩率为86.1%。     

矿物材料对Sr2+、Cs+的竞争吸附性能与表征

采用间歇法研究了相同摩尔浓度Sr²⁺、Cs⁺溶液中,矿物材料对核素Sr²⁺、Cs⁺的竞争吸附性能,用XRD对吸附Cs⁺、Sr²⁺后的矿物材料进行了表征和分析。实验表明：NF、ZF、CA对Cs⁺、Sr²⁺的平衡吸附时间分别约为7、3和14d。ZF对Cs⁺、Sr²⁺的平衡吸附量最大,其次是NF,最后是CA。NF对Cs⁺的吸附具有明显的选择性,CA的选择性较差,ZF最差。ZF对Sr²⁺的去除率基本达100%,对Cs⁺的去除率达72%;NF对Cs⁺的去除率达66%,而对Sr²⁺的去除率仅为15%;CA对Sr²⁺的去除率达29%,而对Cs⁺的去除率仅为16%。矿物材料吸附Sr²⁺、Cs⁺后晶胞体积均变小,晶胞参数c亦变小,其它晶胞参数a、b、β变化不规则。     

磷酸镁水泥固化体中Sr~(2+)、Cs~+浸出性能及迁移模型研究

采用磷酸镁水泥(Magnesium phosphate cement,MPC)对核素Sr2+、Cs+进行固化,对固化体中Sr2+、Cs+的浸出性能进行了研究,并根据Fick第二定律建立了适用于磷酸镁体系的Sr2+、Cs+迁移模型,对核素Sr2+、Cs+在磷酸镁水泥固化体中的迁移进行预测。结果表明,磷酸镁水泥可以有效固化Sr和Cs,使核素Sr2+、Cs+在磷酸镁水泥固化体中浸出率较低;建立的一维衰变浸出模型可以有效地预测核素Sr2+、Cs+在磷酸镁水泥固化体中的迁移规律。     

塑料闪烁光纤阵列探测器研制及验证

为解决污染土壤中90Sr的快速、直接测定难题,研制了塑料闪烁光纤阵列探测器,通过塑料闪烁光纤空间排布设计、多路信号分析逻辑设定,实现从β、γ及宇宙射线信号中甄别出90Sr 90Y衰变的β射线信号,完成了土壤中90Sr的直接测量。探测器本底计数率为198 s-1,90Sr探测效率为14%,最小可探测活度为018 Bq/g（5 min）,测量净计数率与参考土壤90Sr比活度呈线性关系,拟合优度为0999。测量了极低放污染土壤,通过添加定量的90Sr再次测量方式对结果进行验证,测量值与参考值符合较好。塑料闪烁光纤阵列探测器测量速度快、准确度高,可用于核设施退役、环境普查等大规模土壤样品90Sr快速、直接测定。     

固相吸附材料DMDODGA/P120对Sr2+的吸附性能

将酰胺荚醚类化合物二甲基二辛基双酰胺荚醚（DMDODGA）利用真空固定化灌注技术固载到多孔吸附树脂P120上，合成了萃淋树脂DMDODGA/P120，并利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、元素分析（C、H、N、O元素）对材料进行了表征。表征结果表明，每100 g P120的孔隙中负载了约531 g DMDODGA，载体P120的结构未有明显破坏痕迹。通过静态吸附实验，研究了接触时间、Sr2+的初始浓度、HNO3浓度、吸附材料与料液的固液比和温度对DMDODGA/P120吸附Sr2+性能的影响，测定了DMDODGA/P120的动力学曲线和等温吸附线；研究了DMDODGA/P120的解吸过程与辐照稳定性；并通过离子交换柱实验测定了DMDODGA/P120对Sr2+的动态穿透点和动态饱和吸附容量。结果表明：DMDODGA/P120对Sr2+的吸附平衡时间约为10 min，吸附过程符合准二级动力学方程，表明该过程为化学吸附；吸附剂对Sr2+的吸附过程是发生在吸附剂均匀表面的单层化学吸附；吸附性能随着酸度的升高先增大后减小；该萃取吸附过程为放热过程；固液比控制在20 g/L左右较为合适；DMDODGA/P120的抗辐照性能较好，在辐射剂量小于等于106 Gy时未有明显辐解。DMDODGA/P120对Sr2+的动态吸附结果表明，交换柱在56个柱体积被击穿，其对Sr2+的总去除率约为5253%。