多孔石墨相氮化碳的制备及对U(Ⅵ)的吸附机理研究

以三聚氰胺为原料、碳酸钙为辅助模板,采用热聚合法对石墨相氮化碳（g-C₃N₄）进行改性,制备了多孔石墨相氮化碳（PCN）材料,研究了g-C₃N₄改性前后对U(Ⅵ)的吸附效果,并利用SEM、BET、FT-IR、XPS等表征手段对PCN吸附U(Ⅵ)的机理进行了分析。结果表明：PCN比表面积显著增大（58.5 m²/g）,约为g-C₃N₄的4倍;在初始pH=5、吸附时间2 h、U(Ⅵ)初始浓度10 mg/L、PCN用量0.2 g/L、温度303 K条件下,PCN对U(Ⅵ)的最大吸附量为92 mg/g;整个吸附过程符合准二级动力学方程以及Langmuir等温吸附模型;此外,升高温度有利于PCN对U(Ⅵ)的吸附。FT-IR、XPS表征结果表明,PCN中的含氮基团参与了PCN对U(Ⅵ)的吸附去除。     

光催化材料CdS/TiO2的制备及其光催化还原U(Ⅵ)性能研究

为探讨光催化还原技术在含铀废水中对U(Ⅵ)的还原性能,本文采用分步沉淀法制备了CdS/TiO₂复合纳米粒子,利用SEM、XRD、DRS等手段对其进行表征,并通过光催化还原U(Ⅵ)试验考察了材料的光催化还原活性。结果表明,CdS/TiO₂复合纳米粒子是由锐钛矿型、金红石型二氧化钛和立方晶型硫化镉组成的光催化材料,其颗粒大小为30～50 nm;与TiO₂相比,CdS/TiO₂复合纳米粒子的吸收光谱发生了明显的红移。CdS/TiO₂复合纳米粒子表现出较好的光催化还原U(Ⅵ)活性,在模拟废水pH=6.0、材料用量1.0 g/L时,对U(Ⅵ)的光催化还原效率最高,达99.13%;在真实废水中对U(Ⅵ)的还原率为90.4%,经处理的含铀废水达到国家规定的排放标准。     

光催化材料CdS/TiO2的制备及其光催化还原U(Ⅵ)性能研究

为探讨光催化还原技术在含铀废水中对U(Ⅵ)的还原性能,本文采用分步沉淀法制备了CdS/TiO₂复合纳米粒子,利用SEM、XRD、DRS等手段对其进行表征,并通过光催化还原U(Ⅵ)试验考察了材料的光催化还原活性。结果表明,CdS/TiO₂复合纳米粒子是由锐钛矿型、金红石型二氧化钛和立方晶型硫化镉组成的光催化材料,其颗粒大小为30～50 nm;与TiO₂相比,CdS/TiO₂复合纳米粒子的吸收光谱发生了明显的红移。CdS/TiO₂复合纳米粒子表现出较好的光催化还原U(Ⅵ)活性,在模拟废水pH=6.0、材料用量1.0 g/L时,对U(Ⅵ)的光催化还原效率最高,达99.13%;在真实废水中对U(Ⅵ)的还原率为90.4%,经处理的含铀废水达到国家规定的排放标准。     

H2O2活化蒙脱石对溶液中U(Ⅵ)的吸附

利用H₂O₂对蒙脱石进行活化，获得了活化蒙脱石吸附材料(A_X-MMT)，采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外谱图(FTIR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、比表面分析(BET)、表面Zeta电位分析等手段对活化样品进行了表征；采用静态批量实验法，考察了H₂O₂浓度、pH值、接触时间和共存阴阳离子对U(Ⅵ)在A_X-MMT上吸附率的影响。结果表明：活化保留了蒙脱石基础结构，其阳离子交换容量(CEC)有所减少，但层间距、比表面积、孔隙体积、表面酸位点和表面Zeta电位均有明显提升，对溶液中U(Ⅵ)的吸附性能显著增强；在最佳活性和吸附条件下(H₂O₂质量分数、pH值和接触时间分别为10%、6和24 h)，蒙脱石对U(Ⅵ)的吸附性能提升了8.5倍，吸附行为符合准二级吸附动力学模型；在共存阴阳离子的干扰下，H₂O₂活化蒙脱石能对U(Ⅵ)展现良好的吸附性能。     

H 2 O2活化蒙脱石对溶液中U(Ⅵ)的吸附

利用H₂O₂对蒙脱石进行活化，获得了活化蒙脱石吸附材料(A_X-MMT)，采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外谱图(FTIR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、比表面分析(BET)、表面Zeta电位分析等手段对活化样品进行了表征；采用静态批量实验法，考察了H₂O₂浓度、pH值、接触时间和共存阴阳离子对U(Ⅵ)在A_X-MMT上吸附率的影响。结果表明：活化保留了蒙脱石基础结构，其阳离子交换容量(CEC)有所减少，但层间距、比表面积、孔隙体积、表面酸位点和表面Zeta电位均有明显提升，对溶液中U(Ⅵ)的吸附性能显著增强；在最佳活性和吸附条件下(H₂O₂质量分数、pH值和接触时间分别为10%、6和24 h)，蒙脱石对U(Ⅵ)的吸附性能提升了8.5倍，吸附行为符合准二级吸附动力学模型；在共存阴阳离子的干扰下，H₂O₂活化蒙脱石能对U(Ⅵ)展现良好的吸附性能。     

TiO2/SFP铀吸附材料的制备及其吸附性能

本工作旨在合成一种高吸附性能、高选择性的吸附材料，实现重金属离子的去除和海水中铀资源的提取。将天然葵花粉(SFP)通过溶胶凝胶法与TiO₂颗粒进行复合，得到TiO₂/SFP复合材料。将合成材料进行扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等表征和吸附测试；在pH值为6.0时，材料最大吸附容量可达到215.7 mg/g。复合材料对于溶液中铀的吸附符合准二级动力学模型，是一个吸热、可自发的过程，其吸附等温线符合Langmuir模型，在模拟海水中材料对铀的去除率超过90%。     

伊利石和高岭石对U(Ⅵ)的吸附

以伊利石和高岭石为吸附剂，通过静态吸附法研究了其对U(Ⅵ)的吸附特性。考察了接触时间、初始浓度、吸附剂质量、pH、温度、离子种类、腐殖酸等对其吸附效果的影响；采用红外光谱(FTIR) 对伊利石和高岭石的结构进行了表征。研究结果表明：伊利石和高岭石对U(Ⅵ)具有很强的吸附能力，在10 h、铀初始质量浓度为30 mg/L、吸附剂质量为0.04 g、pH=5的条件下，伊利石对U(Ⅵ)的吸附效果最好；在12 h、铀初始质量浓度为30 mg/L、吸附剂质量为0.01 g、pH=5的条件下，高岭石对U(Ⅵ)的吸附效果最好；随着温度的升高，伊利石和高岭石对U(Ⅵ)的吸附能力不断增强，尤其是伊利石；溶液中Mg²⁺、CO^2-₃、HCO^-₃显著降低了伊利石和高岭石对U(Ⅵ)的吸附效果；随着腐殖酸浓度的增加，伊利石对U(Ⅵ)的吸附能力提高，高岭石对U(Ⅵ)的吸附能力降低。     

四氧化三铁/氧化石墨烯纳米带复合材料对铀的吸附性能

以高锰酸钾/浓硫酸氧化法轴向切割多壁碳纳米管（MWCNTs）所制备的氧化石墨烯纳米带（GONRs）为原料，采用水热法制备了一种便于固液分离的功能性四氧化三铁/GONRs复合材料（MGONRs），对其进行了SEM、FT-IR、XRD等表征，并考察了其对U(Ⅵ)的吸附性能。探讨了溶液pH值、MGONRs用量、铀初始浓度、吸附时间和温度对MGONRs吸附U(Ⅵ)的影响。结果表明：MGONRs对U(Ⅵ)的吸附过程是与pH值和时间相关的自发的吸热过程；吸附符合准二级动力学模型和Langmuir模型，MGONRs对U(Ⅵ)的吸附量可达123.2 mg/g，且具有良好的再生性能，有望用于从放射性废水中分离和回收铀。     

离子印迹壳聚糖/碳纳米管复合膜对U(Ⅵ)的选择性吸附研究

铀矿开采及铀分离纯化过程中产生的含铀废水可能严重污染环境和生态系统。利用吸附法分离含铀废水中的U(Ⅵ)既可有效回收铀资源,又能减轻环境污染。为达到高效分离含铀废水中U(Ⅵ)的目的,本文结合离子印迹及化学交联法制备了离子印迹壳聚糖(CS)/碳纳米管(CNT)(ICC)复合膜,采用静态吸附法考察了ICC对水溶液中U(Ⅵ)的吸附性能,并采用SEM、XRD、FTIR及XPS对吸附前后的ICC进行表征。表征结果表明,ICC具有多孔结构以及较丰富的功能基团(氨基、羧基),且CNT在壳聚糖基质中均匀分散。吸附实验结果表明：利用不同原料配比所制备的ICC中,以CS与CNT质量比为1∶0.3的ICC-2对U(Ⅵ)吸附性能最佳,是由于其具有丰富的孔结构以及经离子印迹产生的大量与铀酰离子匹配的空腔;ICC吸附U(Ⅵ)的吸附等温线符合Langmuir模型,在pH=5.0、298 K时,最大吸附容量达215.83 mg/g;吸附动力学符合准二级动力学模型,表明以化学吸附为控速步骤;ICC-2能选择性去除水溶液中的U(Ⅵ),且吸附过程为自发吸热过程。吸附U(Ⅵ)的ICC-2利用0.2 mol/L HNO_...     

辐射接枝制备聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯-TiO2光催化剂及其对Cr(Ⅵ)的吸附还原性能

以二氧化钛(TiO₂)为基材，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)为单体，采用共辐射接枝法成功合成了聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯-TiO₂ (TiO₂-g-PDMAEMA)吸附-光催化剂。同时探究了单体浓度和吸收剂量对重金属离子吸附作用的影响。利用扫描电镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱分析仪、热重分析仪、X射线光电子能谱、接触角等表征手段，证实了电子束共辐射接枝法成功将DMAEMA单体接枝到TiO₂表面。在吸收剂量为60 kGy、单体浓度为20%时，TiO₂-g-PDMAEMA对10 mg/L Cr(Ⅵ)具有较佳的吸附能力，吸附容量可达10.75 mg/g。在可见光诱导下，吸收剂量为60 kGy、单体浓度为10%时，制备的TiO₂-g-PDMAEMA具有最佳的吸附-光催化还原能力，对10 mg/L Cr(VI)的去除率达85.56%。该新型光催化剂上的吸附-光催化协同效应可以满足去除水中Cr(VI)污染的要求。     

Pt催化N2H4还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)过程中N2H4断键机制研究

为优化硝酸介质下Pt催化N₂H₄还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)的工艺条件，确定此反应过程的控制步骤，有针对性地提高控制步骤的反应速率，以确定N₂H₄还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)过程中的反应历程以及反应机理，通过实验研究确定了N₂H₄在Pt催化剂上的断键方式和分解机理。采用气相色谱法、分光光度法、滴定法及排水法对硝酸介质下Pt催化N₂H₄还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)过程中的产物进行分析，确定反应过程中N₂H₄的断键机制。结果表明，硝酸介质下Pt催化N₂H₄还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)反应过程中没有叠氮酸、氮氧化物及氢气生成，产物主要是N₂，生成的N₂的量与消耗的N₂H₄的量接近1∶1；当存在U(Ⅵ)时，生成的NH⁺₄产量较低，当U(Ⅵ)反应完全后，NH⁺₄的产生速率急剧增大；N₂H₄以N-N断键和N-H断键两种方式共存；反应温度升高有利于加快由U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)还原反应的进行。     

壳聚糖-生物炭复合材料对U(Ⅵ)的吸附性能试验研究

以壳聚糖（CTS）和生物炭（AC）为原料，采用原位沉淀法制备了壳聚糖-生物炭（CTS-AC）复合材料，研究了吸附时间、铀初始浓度、初始pH值、温度和干扰离子等因素对CTS-AC吸附U(Ⅵ)的影响，探讨了CTS-AC对U(Ⅵ)的吸附动力学、等温线，采用傅里叶红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM-EDS）及比表面积分析（BET）等手段进行了相关机理分析。实验结果表明，CTS-AC吸附U(Ⅵ)的最佳条件为：pH=4、CTS-AC投加量0.8～1 g/L、吸附时间240 min，在此条件下，最大吸附率可达94.85%。CTS-AC对U(Ⅵ)的吸附等温线模型符合Langmuir模型，U(Ⅵ)的吸附动力学符合准二级模型；高浓度Cu²⁺对CTS-AC吸附U(Ⅵ)的抑制作用明显；FT-IR、XRD和EDS结果表明，CTS的负载未改变AC的原结构，仅增大了其孔径、增加了结合位点。CTS-AC对U(Ⅵ)的吸附机制为配位作用以及离子交换。     

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。     

聚咪唑/有序介孔碳互穿网络复合材料吸附U(Ⅵ)的性能研究

通过自由基聚合方法,将功能化介孔碳(OCMK-3)与N-烯丙基单体相结合,制备了带有互穿网络结构的聚咪唑/有序介孔碳(AIM/OCMK-3)复合材料,并采用FT-IR、SEM和氮气吸附-脱附等温线对复合材料进行了表征。系统研究了溶液pH值、U(Ⅵ)初始浓度、反应时间、温度等因素对AIM/OCMK-3吸附U(Ⅵ)性能的影响。结果表明,pH=4.0时AIM/OCMK-3对U(Ⅵ)的吸附能力最高,吸附平衡时间为30 min。相较于CMK-3,AIM/OCMK-3单分子层饱和吸附容量由40.90 mg/g增大至213.01 mg/g。HCl为最佳洗脱溶液,AIM/OCMK-3在吸附-脱附铀的过程中有较好的稳定性,可重复使用。     

磁性氧化石墨烯/β-环糊精复合材料对U（Ⅵ）的吸附性能及机理

采用原位共沉淀法制备了磁性氧化石墨烯/β-环糊精（MGO/CD）复合材料。通过静态吸附实验,考察了pH值、MGO/CD用量、反应时间以及U(Ⅵ)初始浓度等因素对MGO/CD吸附U(Ⅵ)效果的影响。结果表明,最佳pH=6,吸附平衡时间为5 h。吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附方程,30 ℃时最大吸附容量为322.6 mg/g。MGO/CD吸附U(Ⅵ)是自发的吸热反应。SEM、FT-IR和XRD分析结果表明,MGO/CD表面粗糙,凹凸不平,羟基、羰基和环氧基是U(Ⅵ)的主要结合位点。解吸实验结果表明,经4次吸附解吸循环实验后,MGO/CD的吸附率仍大于95%。     

α-酮戊二酸改性壳聚糖对低浓度U(Ⅵ)的吸附性能

通过α-酮戊二酸与壳聚糖反应生成Schiff碱,再用NaBH4还原制备出α-酮戊二酸改性壳聚糖。采用FT-IR、XRD和SEM对其结构进行表征,研究其对水溶液中U(Ⅵ)的吸附行为,考察溶液初始pH值、吸附时间、温度等因素对其吸附水溶液中U(Ⅵ)效果的影响。结果表明,在35℃、pH=4.0、吸附时间为45min的条件下,对U(Ⅵ)浓度为5mg/L的水溶液中铀的去除率在99%以上,U(Ⅵ)的剩余浓度已达到国家排放标准(0.05mg/L)。吸附U(Ⅵ)的α-酮戊二酸改性壳聚糖可用8%的NaOH溶液进行解吸再生,解吸再生后的吸附剂对U(Ⅵ)的吸附效果未明显下降。SEM表明,α-酮戊二酸改性壳聚糖表面粗糙,呈现凹凸不平的多孔结构。FT-IR分析显示,α-酮戊二酸改性壳聚糖表面的—COOH是U(Ⅵ)的主要结合位点。     

β-环糊精交联磁性壳聚糖对U(Ⅵ)的吸附性能及机制研究

利用接枝共聚的方法制备了β-环糊精交联磁性壳聚糖,并将其用于吸附水溶液中的U(Ⅵ),考察了溶液初始pH、吸附时间、温度等因素对U(Ⅵ)去除率的影响。吸附实验结果表明：β-环糊精交联磁性壳聚糖对U(Ⅵ)的吸附平衡时间为60 min;温度越低,吸附剂投加量越大;溶液初始pH在3.0～6.0的弱酸性范围内有利于β-环糊精交联磁性壳聚糖对U(Ⅵ)的吸附。解吸实验结果表明,β-环糊精交联磁性壳聚糖经5次解吸后对U(Ⅵ)的吸附去除率仅下降7.41%。SEM表明,β-环糊精交联磁性壳聚糖表面粗糙。IR分析显示,β-环糊精交联磁性壳聚糖表面的-OH、-NH₂是U(Ⅵ)结合的主要位点,吸附U(Ⅵ)后并未明显改变原有结构。     

β-环糊精改性介孔二氧化硅材料对U（Ⅵ）的去除机制

以三乙氧基(3-异氰酸丙基)硅为交联剂，通过后接枝法合成了β-环糊精改性介孔二氧化硅（SBA-15-CD）材料。通过静态吸附试验研究了溶液pH值、SBA-15-CD投加量、吸附时间、温度等因素对SBA-15-CD吸附U(Ⅵ)的影响。通过扫描电镜（SEM）、X射线粉末衍射（XRD）、BET比表面分析、傅里叶红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）对材料进行表征分析，并探讨了SBA-15-CD吸附U(Ⅵ)的机制。结果表明，当U(Ⅵ)初始浓度为5 mg/L、温度为30 ℃时，SBA-15-CD吸附U(Ⅵ)的最佳条件为:pH=5、SBA-15-CD投加量0.20 g/L、吸附平衡时间30 min，在此条件下，平衡吸附量为24.4 mg/g，U(Ⅵ)去除率为98.3%。吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型，即以化学吸附为主，且主要是通过表面的羟基、酯基和氨基与U(Ⅵ)配位。30 ℃下SBA-15-CD的饱和吸附量达330 mg/g，升高温度有利于吸附的进行。SBA-15-CD具有良好的重复使用性能。     

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。     

壳聚糖-生物炭复合材料对U(Ⅵ)的吸附性能试验研究

以壳聚糖(CTS)和生物炭(AC)为原料,采用原位沉淀法制备了壳聚糖-生物炭(CTS-AC)复合材料,研究了吸附时间、铀初始浓度、初始pH值、温度和干扰离子等因素对CTS-AC吸附U(Ⅵ)的影响,探讨了CTS-AC对U(Ⅵ)的吸附动力学、等温线,采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM-EDS)及比表面积分析(BET)等手段进行了相关机理分析。实验结果表明,CTS-AC吸附U(Ⅵ)的最佳条件为:pH=4、CTS-AC投加量0.8～1 g/L、吸附时间240 min,在此条件下,最大吸附率可达94.85%。CTS-AC对U(Ⅵ)的吸附等温线模型符合Langmuir模型,U(Ⅵ)的吸附动力学符合准二级模型;高浓度Cu~(2+)对CTS-AC吸附U(Ⅵ)的抑制作用明显;FT-IR、XRD和EDS结果表明,CTS的负载未改变AC的原结构,仅增大了其孔径、增加了结合位点。CTS-AC对U(Ⅵ)的吸附机制为配位作用以及离子交换。