甲醛改性多壁碳纳米管吸附铀的性能研究

对纯化后的多壁碳纳米管（MWCNTs）采用甲醛进行羟甲基化改性,研究了改性后的MWCNTs对铀的吸附性能,考察了介质酸度、温度、超声时间、溶液初始浓度以及改性MWCNTs加入量对铀的吸附量和吸附率的影响。结果表明,改性MWCNTs在水溶液中的分散性良好,在pH为2.0～7.0范围内,改性MWCNTs对铀的吸附量和吸附率随pH增大而升高。铀的吸附量随初始浓度的增大而升高,铀初始浓度为50 μg/mL时,吸附量达46.44 mg/g,对铀的吸附率达90%以上。温度、超声时间和离子强度对其吸附量影响不大。吸附反应符合Langmuir和Freundlich方程,最大理论吸附容量为55.87 mg/g。     

偕胺肟基改性碳纳米管对铀的吸附性能研究

对多壁碳纳米管（MWNTs）进行偕胺肟基改性,采用透射电子显微镜（TEM）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）进行表征,研究了改性前后MWNTs在不同条件下对铀的吸附性能。结果表明,在pH=2～8的范围内,未改性的碳纳米管（raw-MWNTs）与偕胺肟基改性碳纳米管（AO-MWNTs）对铀的吸附容量均是先增大后降低,pH值为5时达到最大。随着铀初始浓度的增大,raw-MWNTs和AO-MWNTs对铀的吸附容量逐渐升高。当铀初始浓度为10 mg/L时,AO-MWNTs对铀振荡吸附30 min后达到平衡,吸附容量可达18.93 mg/g,而raw-MWNTs对铀振荡吸附60 min后趋于稳定,吸附容量可达9.59 mg/g。AO-MWNTs对铀的吸附符合Langmuir和Freundlich模型,最大理论吸附容量为106.38 mg/g。     

磷酸酯功能化超高分子量聚乙烯纤维的制备及其铀吸附性能

通过预辐射接枝技术将甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）引入到超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维表面,然后与（2-氨基乙基）膦酸二乙酯进行开环反应,从而制备出应用于含铀废液处理的磷酸酯功能化超高分子量聚乙烯（UHMWPE-g-DEPP）纤维。采用X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、热重分析仪（TGA）和扫描电镜（SEM）等对改性前后纤维表面的化学结构、组成、热稳定性以及微观形貌等性能进行表征分析。为了研究该纤维对含铀废液中微量铀的去除性能,重点考察了起始溶液p H、初始离子浓度、吸附时间和温度等因素的影响。实验结果表明：UHMWPE-g-DEPP在室温条件下8 h可达到吸附平衡;在25℃、pH=5.0、m/V=0.2 g/L的条件下吸附量达到最大（113.2 mg/g）。该吸附过程遵循准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,且该纤维表现出良好的循环使用性能和吸附选择性能。     

有机改性蛭石吸附U(Ⅵ)的行为及机理研究

通过静态吸附实验，研究了用十六烷基三甲基溴化铵（HDTMA•Br）改性的蛭石对U(Ⅵ)的吸附行为，以及有机改性蛭石（吸附剂）用量、pH值、铀初始质量浓度、吸附时间等因素对有机改性蛭石吸附U(Ⅵ)效果的影响，从热力学和动力学方面对吸附过程进行了分析，并通过FT-IR和SEM探讨了其相关吸附机理。结果表明：增加吸附剂用量、延长吸附时间和降低铀初始质量浓度都能提高有机改性蛭石对铀的去除率，最佳吸附pH值为6.5左右，120 min达到吸附平衡；用絮凝剂协同吸附能提高有机改性蛭石对铀的吸附效果；有机改性蛭石对铀的吸附遵循Langmuir吸附等温线，符合准二级动力学方程。有机改性蛭石吸附铀前后的FT-IR表明，-OH、Si[CDS1]O等基团起重要作用；SEM分析表明，有机改性蛭石吸附U(Ⅵ)引起其形态结构的改变。     

偕胺肟基超高分子量聚乙烯纤维对含氟含铀溶液中铀的吸附性能研究

铀浓缩过程中产生的含氟含铀废水中铀浓度较高,需将铀浓度降至可排放的限定值以下,以避免污染水生生态系统,进而对人体健康造成威胁。采用电子束预辐射接枝法将丙烯腈与甲基丙烯酸接枝于超高分子量聚乙烯纤维(Ultra-high Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)上,并通过胺肟化反应制备出偕胺肟基(Amidoxime,AO)吸附材料。利用红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜对改性前后UHMWPE纤维的化学结构及表面形貌进行表征,评估AO基UHMWPE纤维对模拟含氟含铀废水中铀酰离子的吸附性能。试验结果表明:AO基UHMWPE纤维对铀酰离子的吸附行为遵循准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型;铀饱和吸附容量可达151.98 mg?g-1(铀初始浓度:40 mg?L~(-1);氟离子浓度:10 g?L~(-1);吸附剂:0.2 g?L~(-1);吸附时间:21 d),与理论饱和吸附容量(153.85 mg?g-1)基本吻合;增加吸附剂的用量(1.5 g?L~(-1))可使铀酰离子的去除率达到99.93%,残余铀酰离子浓度为28μg?L~(-1),符合国家排放标准(50μg?L~(-1))。     

微生物质水热碳锰复合材料对铀的吸附行为研究

以工业啤酒酵母为碳源，采用一步法合成了微生物质水热碳锰复合材料（MHTC），并利用XRD、FT-IR和SEM等对材料进行了表征。在此基础上，系统研究了不同C/Mn原子比、初始pH值、接触时间、初始铀浓度对MHTC吸附铀性能的影响。结果表明：C/Mn原子比为1∶10的碳锰复合材料（MHTC-10）对铀的吸附性能最优。在铀初始浓度为50 mg/L、初始pH=4.5条件下，12 h可达吸附平衡，最大吸附量为371 mg/g。吸附过程符合准二级动力学模型以及Freundlich等温模型。热力学数据表明，铀在MHTC-10上的吸附是一自发、放热的过程。该研究结果可为含铀环境中铀的分离富集提供新的思路。     

铀在木纤维上的吸附行为及机理分析

为了解木纤维对铀的吸附特性,通过静态吸附实验,研究了木纤维的粒度、吸附时间、用量、温度及溶液的pH值和初始浓度等因素对模拟含铀废水中U(Ⅵ)去除率的影响,并从热力学和动力学方面对吸附过程进行了分析。结果表明:溶液初始pH≈3时,木纤维对铀的吸附平衡时间为4h,且吸附剂粒径越小、温度越高、用量越大,越有利于铀的去除;铀在木纤维上的吸附过程符合Langmuir等温吸附方程,吸附动力学过程可用准二级吸附动力学模型描述,表明化学吸附主要受动力学控制;木纤维吸附铀是自发的吸热反应。SEM、FT-IR和EDS分析结果表明,木纤维吸附铀后表面形态发生了改变,且在吸附过程中铀主要与木纤维表面活性基团螯合并形成配合物,存在表面络合吸附行为;吸附铀前后的能谱对比分析表明,吸附过程中存在离子交换行为。因此,木纤维对铀的吸附机理是以离子交换和表面络合吸附为主、物理吸附为辅的混合吸附过程。     

功能化偶氮杯［4］芳烃羧基衍生物的合成及其对铀的吸附实验研究

以对叔丁基杯［4］芳烃为原料，用对氨基苯甲酸对其上沿进行修饰，获得了一种新型偶氮杯［4］芳烃羧基衍生物功能化材料5,11,17,23-四（4-羧基苯偶氮基）-25,26,27,28-四羟基杯［4］芳烃（p-TTPTA）。采用FT-IR、¹H-NMR、SEM和EDS等方法对其进行结构表征，并探讨了吸附时间、溶液pH值、吸附材料用量、铀初始浓度及环境温度等对p-TTPTA吸附铀的影响。结果表明：所合成的p-TTPTA是一种构象稳定、表面粗糙、比表面积较大、能与铀离子配位的化合物；在溶液pH=5、铀初始浓度为20 mg/L、p-TTPTA用量为20 mg、吸附时间为8 h、温度为30 ℃条件下，p-TTPTA对铀的吸附效果最佳，吸附率达93%，说明p-TTPTA对铀具有较好的吸附性能。     

电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合法制备吸附剂及其吸铀性能

为满足我国核电事业的发展需求，从海水中提取铀尤为重要。海水中约有45亿吨铀，约是陆地铀资源的千倍。偕胺肟基对铀酰离子有很强的络合能力及较高的选择性，是良好的铀酰离子吸附官能团，因此，偕胺肟基吸附剂的制备是海水提铀的关键步骤之一。以聚氯乙烯（PVC）为基材，通过电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合（ARGET ATRP）方法合成偕胺肟基纤维吸附剂（PVC-AO），控制丙烯腈（AN）的用量，制得不同接枝率的吸附剂，用红外光谱分析表明，腈基成功转化为偕胺肟基，用扫描电镜观察不同接枝率吸附剂的表面形貌变化，并用制得不同接枝率吸附剂开展了不同实验温度、不同初始铀酰离子浓度和不同pH条件下的实验，探究了不同接枝率偕胺肟基吸附剂对铀吸附性能的影响。结果表明：偕胺肟基吸附剂吸附铀酰离子的最佳pH为5~6；随着吸附剂接枝率的增加，饱和吸附量和吸附速率均增加，接枝率为5 811%的吸附剂吸附量达到111 mg/g；但随着吸附剂接枝率增加，吸附剂表面产生的凝胶物质会阻碍吸附剂对铀酰离子的吸附。     

辐射接枝制备聚丙烯纤维基海水提铀吸附剂

采用电子束预辐射接枝法将丙烯腈和丙烯酸接枝于聚丙烯(Polypropylene,PP)纤维上,并探讨了吸收剂量和反应温度对接枝率的影响。随后通过偕胺肟化反应制备出含偕胺肟基和羧基的PP纤维吸附剂。红外光谱数据表明,丙烯腈和丙烯酸成功接枝到PP纤维上,偕胺肟化反应将腈基转化为偕胺肟基,同时对改性前后PP纤维的表面形貌和热性能进行了表征。厦门海域真实海水吸附性能测试结果表明,所制备的PP纤维吸附剂铀吸附容量最高可达到0.81 mg·g~(-1)(吸附时间为68 d),PP纤维吸附剂的铀吸附容量与其接枝率和偕胺肟基密度不呈正相关。     

新型磁性螯合聚合物的合成及其对铀吸附性能的研究

合成了一种新型的、具有高吸附量和机械强度且易于分离的双偕胺肟基聚合物/Fe₃O₄@SiO₂吸附剂,通过静态吸附实验,研究了pH值、固液比、吸附时间、溶液初始浓度等因素对吸附剂吸附铀的影响,并探讨了吸附过程的热力学和动力学。结果表明,吸附剂对铀的吸附量随吸附剂用量、吸附时间及铀酰离子初始浓度的增加而增加,但当这些因素达到一定值时,吸附达到平衡。最佳吸附条件为：pH=5、固液比为0.6 g/L、吸附时间为90 min、铀溶液初始浓度为100 mg/L,在此条件下其饱和吸附量可达到160 mg/g。吸附剂对铀的吸附遵循Langmuir等温吸附线,符合准二级动力学方程。     

凹凸棒石与硫酸亚铁协同吸附铀

通过静态吸附实验,研究了pH值、吸附时间、铀初始质量浓度、吸附剂用量等因素对凹凸棒石及凹凸棒石与硫酸亚铁协同吸附铀的影响,从热力学和动力学方面对吸附过程进行了分析,并通过红外光谱（IR）和扫描电镜（SEM）探讨了其吸附机理。结果表明,当温度为25 ℃、pH值为5.0、凹凸棒石投加量为15 g/L、铀初始质量浓度为100 mg/L、吸附反应30 min时,凹凸棒石对UO²⁺₂的吸附率达89.5%,饱和吸附量可达40.8 mg/g以上;加硫酸亚铁后,凹凸棒石和硫酸亚铁协同吸附铀的效果大幅提高,在25 ℃、pH值为6.5、凹凸棒石用量20 g/L、FeSO₄用量1 g/L、铀初始质量浓度为100 mg/L、吸附时间30 min时,凹凸棒石和硫酸亚铁协同对UO²⁺₂的吸附率达99.9%以上,经处理的含铀废水能达国标排放。凹凸棒石对UO²⁺₂的吸附遵循Langmuir吸附等温线;凹凸棒石及其协同体系对UO²⁺₂的吸附动力学模型符合准二级动力学方程。凹凸棒石吸附铀前后的红外光谱表明,凹凸棒石主要是通过羟基、胺基等基团与铀络合进行吸附的。     

聚丙烯腈/氧化石墨烯的偕氨肟化复合材料的制备及其对铀的吸附行为

合成了一种新型的具有高吸附量和较好吸附选择性的聚丙烯腈/氧化石墨烯的偕氨肟化复合材料(■-AO/GO)吸附剂,采用XRD、红外光谱对■-AO/GO进行了表征,通过静态吸附实验研究了pH值、固液比、吸附时间、铀溶液初始质量浓度等因素对吸附剂吸附铀的影响,并探讨了吸附过程的热力学和动力学。结果表明,吸附剂对铀的吸附量随吸附剂用量、吸附时间及铀酰离子初始浓度的增加而增加,但当这些因素达到一定值时,吸附达到平衡。在pH=5、固液比0.6g/L、吸附时间60min、铀初始质量浓度150mg/L的最佳吸附条件下,■-AO/GO对铀的吸附量达237mg/g。■-AO/GO对铀的吸附遵循Langmuir吸附等温线,说明■-AO/GO对铀的吸附属于单层吸附。■-AO/GO对铀的吸附较好地符合准二级动力学模型,表明吸附主要为化学吸附过程。     

水相环境中U(Ⅵ)在伊利石上的吸附特征

以伊利石为吸附剂，通过吸附实验探究U(Ⅵ)在伊利石上的吸附特征，分别考查了接触时间、吸附剂用量、U(Ⅵ)初始浓度、pH值及温度对吸附的影响。用FT-IR和SEM对吸附前后的伊利石进行表征，研究了U(Ⅵ)在伊利石上吸附的动力学和热力学过程。结果表明：吸附过程在10 h后达到动态平衡；在U(Ⅵ)初始浓度为50 mg/L时，吸附效果最好；最佳吸附剂用量为0.03 g；pH值对伊利石吸附铀的影响显著，最佳pH值为5~6；升高温度有利于U(Ⅵ)在伊利石上的吸附；准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型对U(Ⅵ)在伊利石上的吸附过程拟合效果较好，吸附过程主要为表面络合作用，属于单层吸附。     

UiO-66-AO的制备及其对铀的吸附

通过氮杂-迈克尔加成和胺肟化反应制备出UiO-66-AO材料,利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）等手段对材料微观性质进行表征研究。深入考察了溶液的pH值、U(Ⅵ)初始浓度和温度等环境因素对吸附性能的影响。结果表明：UiO-66-AO材料对U(Ⅵ)的吸附在pH=5、4 h就达到平衡,吸附过程符合准二级动力学模型;在pH=5、55 ℃时,吸附容量可达到244 mg/g,吸附过程符合Langmuir等温吸附模型;该吸附是一个自发、吸热反应过程。此外,UiO-66-AO在众多其它金属离子存在情况下对U(Ⅵ)也具有优异的吸附效率。     

功能化间羧基苯偶氮基杯［4］芳烃对称硫醚衍生物的制备及其对U(Ⅵ)的吸附行为研究

采用间氨基苯甲酸为原料，经重氮化-偶联反应对杯［4］芳烃进行上沿改性合成了间羧基苯偶氮基杯［4］芳烃衍生物，再通过取代反应对间羧基苯偶氮基杯［4］芳烃衍生物进行下沿修饰，制备出一种新型材料，即间羧基苯偶氮基杯［4］芳烃对称硫醚衍生物，并采用FT-IR和¹H-NMR对其进行结构表征。将该新型材料作为吸附剂用于吸附低浓度含铀水溶液中的铀，考察了溶液pH值、吸附剂用量、铀初始浓度、吸附时间、吸附体系温度等因素对其吸附性能的影响。结果表明：在铀初始浓度为10 mg/L、pH=4、温度为25 ℃、吸附剂用量为10 mg、吸附平衡时间为4 h时，间羧基苯偶氮基杯［4］芳烃对称硫醚衍生物对U(Ⅵ)的吸附效果最佳；其吸附过程符合准二级动力学模型，吸附过程为化学吸附；吸附等温线符合Langmuir吸附等温模型，说明该吸附体系是以单层吸附为主。综上所述，间羧基苯偶氮基杯［4］芳烃对称硫醚衍生物是一种潜在的铀吸附剂。