交联海藻酸-亚铁氰化镍钾复合离子吸附剂的制备及其对Cs~+吸附性能研究

通过自制装置制备了交联海藻酸-亚铁氰化镍钾复合离子吸附剂(ALG-KNi FC),用扫描电镜、傅里叶红外光谱、EDS能谱等对吸附剂进行了表征。通过静态吸附实验,研究了吸附时间、pH值、Cs~+初始浓度、共存离子等因素对吸附效果的影响。结果表明,吸附过程在3 h左右达到平衡,吸附剂的饱和吸附容量为190 mg/g,ALG-KNiFC对Cs~+的吸附能力在强酸性和强碱性环境下有所降低;含高浓度的共存金属离子溶液中,NH_4~+对吸附的抑制效果最明显,使ALG-KNiFC对Cs~+的去除率降低了20%左右,其他离子对去除率的影响均控制在10%以内。吸附热力学等模型对吸附机理的分析表明,AlG-KNiFC对Cs~+的吸附属于单分子层化学吸附,吸附速率同时受膜扩散速率和颗粒内扩散速率的控制。     

聚丙烯腈-钛硅酸钠球形复合吸附剂对Cs+的吸附性能研究

通过静态吸附实验,研究了接触时间、溶液pH值、共存离子、Cs⁺初始浓度等对聚丙烯腈-钛硅酸钠（PAN-NaTS）吸附Cs⁺性能的影响,从动力学、吸附机理和热力学方面对吸附过程进行了分析,并用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)对吸附剂进行了表征。结果表明：PAN-NaTS对Cs⁺的吸附平衡时间约为20 h;最佳pH值为3.90~10.87;溶液中含K⁺、Na⁺、NH⁺₄、Ca²⁺或Mg²⁺时会抑制PAN-NaTS对Cs⁺的吸附。PAN-NaTS对Cs⁺的吸附动力学数据符合准一级动力学方程,且颗粒内扩散和膜扩散共同控制吸附速率,颗粒内扩散是决定吸附速率的关键。PAN-NaTS对Cs⁺的吸附符合Langmuir等温吸附模型,吸附过程为单分子层吸附;PAN-NaTS对Cs⁺的饱和吸附容量可达219-298 mg/g。     

偕胺肟聚丙烯腈对铀酰离子吸附热力学及动力学过程分析

放射性含铀废水会带来环境污染风险,合理有效处理含铀废水十分必要。本研究通过吸附实验探究偕胺肟聚丙烯腈(AO-PAN)对U(Ⅵ)的吸附特性,系统研究吸附温度、初始浓度、吸附时间对AO-PAN吸附U(Ⅵ)的影响。结果表明,随着吸附温度升高,AO-PAN对U(Ⅵ)的吸附量逐渐增加,在343K温度时吸附量达201.6mg/g。不同温度条件下随着吸附时间增加,AO-PAN对U(Ⅵ)的吸附量逐渐升高,吸附初始时吸附速率较快,随着吸附逐渐进行吸附曲线逐渐趋于平缓,最终达到吸附平衡。AO-PAN对铀的吸附量随溶液中初始浓度的增加而升高,温度为303K,溶液中初始铀浓度为500mg/L时,AO-PAN对U(Ⅵ)的吸附量达305.8 mg/g。此外,AO-PAN对铀酰离子的吸附符合朗格缪尔(Langmuir)模型,吸附热力学分析表明AO-PAN对铀酰离子的吸附是吸热和自发过程,吸附动力学分析表明AO-PAN对铀酰离子的吸附行为遵循准二级动力学模型,吸附速率控制机理分析表明AO-PAN对U(Ⅵ)的吸附初始受颗粒内扩散过程控制,随着吸附不断进行吸附过程逐渐由颗粒内扩散控制变为液膜扩散过程控制。吸附实验结果表明,AO-PAN是一种优良的吸附剂,可以用于吸附废水中U(Ⅵ),吸附过程的模型方程可以用于AO-PAN对U(Ⅵ)吸附过程的分析和计算。     

偕胺肟聚丙烯腈对铀酰离子吸附热力学及动力学过程分析

放射性含铀废水会带来环境污染风险,合理有效处理含铀废水十分必要。本研究通过吸附实验探究偕胺肟聚丙烯腈（AO-PAN）对U（Ⅵ）的吸附特性,系统研究吸附温度、初始浓度、吸附时间对AO-PAN吸附U（Ⅵ）的影响。结果表明,随着吸附温度升高,AO-PAN对U（Ⅵ）的吸附量逐渐增加,在343 K温度时吸附量达201.6 mg/g。不同温度条件下随着吸附时间增加,AO-PAN对U（Ⅵ）的吸附量逐渐升高,吸附初始时吸附速率较快,随着吸附逐渐进行吸附曲线逐渐趋于平缓,最终达到吸附平衡。AO-PAN对铀的吸附量随溶液中初始浓度的增加而升高,温度为303 K,溶液中初始铀浓度为500 mg/L时,AO-PAN对U（Ⅵ）的吸附量达305.8 mg/g。此外,AO-PAN对铀酰离子的吸附符合朗格缪尔（Langmuir）模型,吸附热力学分析表明AO-PAN对铀酰离子的吸附是吸热和自发过程,吸附动力学分析表明AO-PAN对铀酰离子的吸附行为遵循准二级动力学模型,吸附速率控制机理分析表明AO-PAN对U(Ⅵ)的吸附初始受颗粒内扩散过程控制,随着吸附不断进行吸附过程逐渐由颗粒内扩散控制变为液膜扩散过程控制。吸附实验结果表明,AO-PAN是一种优良的吸附剂,可以用于吸附废水中U(Ⅵ),吸附过程的模型方程可以用于AO-PAN对U(Ⅵ)吸附过程的分析和计算。     

磷钼酸铵/聚丙烯酸复合凝胶吸附剂的合成及对铯的分离

以丙烯酸为基底合成了磷钼酸铵/聚丙烯酸复合吸附剂(AMP-PA)。采用红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）等方法对AMP-PA进行表征。研究了振荡时间、酸度、Cs⁺ 浓度对铯吸附的影响,及多种离子存在下吸附剂对铯离子的选择性吸附。静态实验结果表明：AMP-PA吸附铯大约5 h达到平衡;HNO₃浓度在0~3.0 mol/L范围内对铯的吸附量影响不大,吸附过程符合Langmuir方程,计算得到的最大吸附量达到4.7 mg/g;采用3.0 mol/L NH₄Cl+1.0 mol/L HNO₃解吸,解吸率大约为70%;多种离子存在下对铯离子具有选择性吸附。动态柱实验发现,AMP-PA对铯的吸附量为4.32 mg/g,解吸率约为50.4%。在高浓度杂质离子Na⁺、K⁺、Sr²⁺、Co²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Ca²⁺存在下,AMP-PA柱可以选择性分离铯,在铯的淋洗液中Co²⁺低于检测限,含量最高的Fe³⁺分离因子为3,浓度比起始浓度降低四个数量级。     

预辐射接枝改性无纺布制备铯离子吸附材料

采用预辐射接枝聚合方法制备了4-羟基丁基丙烯酸酯缩水甘油醚(4HBAG)接枝的聚乙烯/聚丙烯(PE/PP)皮芯结构无纺布。用Na_2SO_3对接枝4HBAG的无纺布(PE/PP-g-4HBAG)进行开环反应,改性得到磺酸型吸附材料。在环氧基物质的量转化率52%时获得了磺酸基密度1.4 mmol/g的吸附材料。采用批次吸附和流动吸附对Cs~+的吸附性能进行研究。Cs~+的吸附等温线和吸附动力学表明,吸附过程遵循Langmuir等温线模型和准二级动力学模型。在1 000 SV/h高流速下,Cs~+的最大吸附容量为1.35 mmol/g。在pH=4~10时,吸附率稳定在90%左右,该值随pH值的增加而降低。在Cs~+初始浓度为1 mg/L和10 mg/L的溶液中研究了Na~+对Cs~+吸附率的影响,当Na~+浓度从0增加到20 mmol/L时,Cs~+的吸附率迅速降低。二价和三价金属离子Mg~(2+)、Ca~(2+)和Fe~(3+)对Cs~+吸附更具有阻碍作用。该磺酸型吸附材料在1 000 SV/h的高流速下能快速去除Cs~+。     

层状金属硫化物硫化锡钾的制备及其对Sr2+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Sr²⁺初始浓度对KSnS吸附Sr²⁺的影响。结果表明,在40 ℃、pH=7.25、Sr²⁺初始浓度为5.5 mg/L的条件下,KSnS对Sr²⁺的吸附平衡时间约为35 min,Sr²⁺去除率为99.62%。吸附反应可操作pH值范围较宽,52+去除率保持在80%以上。溶液中含有K⁺、Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等共存离子时,二价离子的干扰大于一价离子。KSnS对Sr²⁺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。     

磷钼酸铵/聚丙烯酸复合凝胶吸附剂的 合成及对铯的分离

以丙烯酸为基底合成了磷钼酸铵/聚丙烯酸复合吸附剂(AMP-PA)。采用红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）等方法对AMP-PA进行表征。研究了振荡时间、酸度、Cs⁺ 浓度对铯吸附的影响,及多种离子存在下吸附剂对铯离子的选择性吸附。静态实验结果表明：AMP-PA吸附铯大约5 h达到平衡;HNO₃浓度在0~3.0 mol/L范围内对铯的吸附量影响不大,吸附过程符合Langmuir方程,计算得到的最大吸附量达到4.7 mg/g;采用3.0 mol/L NH₄Cl+1.0 mol/L HNO₃解吸,解吸率大约为70%;多种离子存在下对铯离子具有选择性吸附。动态柱实验发现,AMP-PA对铯的吸附量为4.32 mg/g,解吸率约为50.4%。在高浓度杂质离子Na⁺、K⁺、Sr²⁺、Co²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Ca²⁺存在下,AMP-PA柱可以选择性分离铯,在铯的淋洗液中Co²⁺低于检测限,含量最高的Fe³⁺分离因子为3,浓度比起始浓度降低四个数量级。     

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。     

硅胶负载焦磷钼酸锆吸附剂的制备及对铯的吸附

采用两步法合成硅胶负载焦磷钼酸锆吸附剂(ZrMoPP-SiO_2),通过XRF、SEM、TEM、XRD、BET、XPS等方法对吸附剂进行了表征。同时,考察了竞争性离子的存在、酸度的变化对ZrMoPP-SiO_2吸附铯的影响。结果表明:K~+、Na~+、Mg~(2+)、Fe~(3+)、Ca~(2+)五种竞争性离子的存在以及溶液酸度的变化基本不影响吸附剂的吸附性能,并且ZrMoPP-SiO_2对铯的吸附等温线符合Langmuir模型以及吸附动力学符合假二阶动力学方程。吸附铯后,材料ZrMoPP-SiO_2的XPS也显示有铯的存在,表明材料对铯有吸附作用。结果表明,ZrMoPP-SiO_2具有一定的工业应用前景。     

MnHCF膜电极制备及其Cs~+分离性能

采用循环伏安电沉积法制备出ITO/MnHCF膜电极,通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、红外光谱(IR)分析了膜的表面形貌和成分,并结合电沉积的循环伏安曲线,确定了电沉积条件为扫描电位区间-0.2~0.85V,扫描圈数50圈+50圈,扫描速率25mV/s。膜电极在1mol/L NaNO3溶液中具有可逆的电化学行为,在循环伏安条件下能够可逆地置入与置出Na+。初步考察了ITO/MnHCF膜电极对Cs~+的分离性能,研究结果表明,其对Cs~+的分离性能较好,氧化态膜在-0.2V条件下还原吸附Cs~+的去除率达到64.98%,可为MnHCF膜电极应用于核电厂放射性废液的处理提供参考。     

模拟吸附放射性同位素137Cs和90Sr的Cd-MOFs材料合成及评价

为吸附后处理产生的高放废液玻璃固化过程中大量的放射性同位素⁹⁰Sr和¹³⁷Cs,采用溶剂热法合成阴离子型金属有机骨架［DMA］2［Cd₃(FDC)₄］·2H₂O,并评价其对锶、铯离子的吸附能力。采用粉末X-射线衍射、傅里叶红外和热重等方法确认Cd-MOFs的结构。扫描电子显微镜结果显示,在吸附Cs和Sr元素后,Cd-MOFs形貌没有发生明显变化。同时荧光发射光谱证实,Cd-MOFs吸附铕离子后,能够很好敏化铕离子,使材料发射出红色荧光。对锶、铯离子吸附实验结果显示,对锶、铯离子在前50 min即可完成超过50%的吸附,对铯离子的最大吸附量为63.94 mg/g,对锶离子的最大吸附量为53.06 mg/g。通过吸附动力学研究发现,Cd-MOFs对Cs和Sr离子的吸附均符合准二级动力学模型,证明对Cs和Sr离子的速率决策步为化学吸附。推测水合离子半径、有机骨架螺旋链间螺距等因素均对吸附效果有影响。     

黄钾铁矾的制备及其对U(Ⅵ)的吸附

为了研究黄钾铁矾对溶液中U(Ⅵ)的吸附效果,采用一步水热法制备了黄钾铁矾,并利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman spectrum)、红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)等技术表征了材料的理化特性。利用静态吸附实验研究了溶液pH值、离子强度、固液比和U(Ⅵ)初始浓度对吸附过程的影响。结果表明:溶液pH对于U(Ⅵ)的吸附产生较大的影响,而离子强度则对吸附过程没有影响,表明黄钾铁矾对U(Ⅵ)的吸附机理为内层表面络合。吸附在100 min内基本达平衡,且符合准二级动力学模型。吸附等温线符合Langmuir等温模型,表明U(Ⅵ)的吸附是单层吸附。在溶液的pH=7.0、298 K时,黄钾铁矾对U(Ⅵ)的最大吸附量为154 mg/g。最佳吸附条件为:固液比1.0 g/L、U(Ⅵ)初始浓度为0.42 mmol/L、298 K、pH=7.0,达到平衡时的吸附量为(76.0±1.4) mg/g(n=3),去除率达到了(88.0±1.3)%(n=3)。以上结果表明,黄钾铁矾可以作为含U(Ⅵ)废水处理的潜在吸附材料。     

钛酸钠纳米材料制备及其对Cs~+吸附的影响

利用一步水热法合成了钛酸钠纳米吸附材料。透射电镜和X射线衍射研究结果表明,水热反应条件为100~150℃、48h时,合成的材料为层间距为0.91nm的多层纳米管(TNT)结构;水热反应条件为180℃、48h时,合成的材料为层间距为0.84nm的多层纳米片(TNS)结构。静态吸附实验结果表明,层间距为0.91nm的TNT结构对Cs~+的最大吸附容量可达263.85mg/g;而层间距为0.84nm的TNS结构对Cs~+的最大吸附容量为241.67mg/g。同时还分别对pH值对吸附的影响及吸附动力学进行了研究。     

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。     

125I在压实北山花岗岩粉中毛细管内扩散

为了解¹²⁹I在我国深地质处置库重点研究区围岩中的迁移行为,为选址预评价提供基础数据,利用批式吸附实验法和改进的毛细管内扩散法研究了碘离子在北山花岗岩粉中的吸附和扩散行为,分析了不同控制条件对碘离子的表观扩散系数(D_a)的影响。结果表明：在固液比为20 g/L,碘离子在北山花岗岩粉上的吸附几乎可以忽略;扩散实验中¹²⁵I^-的D_a值为8.2×10^-11~1.4×10^-9 m²/s,表明碘离子在压实北山花岗岩岩粉中的扩散速率很快;¹²⁵I^-的D_a值随扩散温度的升高而变大,随扩散源液离子强度的增加而变大,随同位素载体浓度的升高而变大,¹²⁵I^-的扩散速率随溶液pH值的上升整体有减小的趋势。     

钴/锰印迹半胱氨酸-壳聚糖对低浓度Mn~(2+)和Co~(2+)的选择性吸附

同时以硝酸锰和硝酸钴为印迹分子,采用溶胶凝胶法和反相悬浮法结合制备了交联壳聚糖微球(Co/Mn-CCTS),并通过与半胱氨酸的氨基官能团接枝合成了钴/锰双印迹半胱氨酸-壳聚糖树脂(CysCo/Mn-CCTS)。采用傅里叶红外光谱、扫描电镜对其结构进行了表征,并进行了干扰离子存在下低浓度Co2+和Mn2+静态、动态以及竞争吸附实验。静态实验结果表明,双印迹半胱氨酸-壳聚糖树脂较非印迹树脂的吸附性能有较大提高;干扰离子存在下,树脂对Co2+、Mn2+二元混合溶液中Co2+的吸附性能优于Mn2+,且对Co2+的吸附容量超过Mn2+的16倍。溶液的pH值、温度、吸附时间、干扰离子以及金属离子初始浓度均对树脂的吸附性能有较大影响,树脂对Co2+、Mn2+的吸附过程符合Lagergren准二级动力学和Langmuir模型。动态吸附实验表明,树脂对Co2+、Mn2+的吸附符合Thomas模型,对二者的穿透体积分别为308BV与506BV。     

磷酸锆-磷钼酸铵复合离子交换剂提取铯

研究了浸泡法合成磷酸锆-磷钼酸铵(ZrP-AMP)复合离子交换剂及其在酸性条件下吸附解吸铯,并对硝酸铀酰溶液吸附进行了研究.研究结果表明,提高反应物中盐酸量可以合成能进行柱分离操作的磷酸锆颗粒,ZrP-AMP对铯的交换容量可以达到59mg/g,回收率可以达到80%.     

水溶液中痕量镅在玻璃上的吸附

采用浸泡吸附方法,研究了低酸度环境下痕量镅在玻璃表面上吸附的各种影响因素。结果表明,溶液介质条件对吸附的影响非常显著:降低溶液温度和pH值、增大离子强度、选择离子价态高的电解质和络合能力强的络合剂均能有效减少镅的吸附。在模拟的放化分离镅流程的某个水相体系中,即便玻璃的表面积增大到50.25m2,玻璃表面上也没有镅的吸附损失。采用Lagergren一级动力学方程和BAM理论的液膜扩散方程描述了Am(Ⅲ)在玻璃-水溶液界面上的吸附过程。研究结果可以为有效地减少或避免放射性物质在容器壁上的吸附损失,以及预示其他三价镧锕元素的吸附性质,提供实验方法和依据。     

含有季铵盐的超高分子量聚乙烯纤维对 Au（III）的吸附效应

利用预辐射接枝技术制备含有季铵盐官能团的超高分子量聚乙烯(UHMWPE-g-P(GMA-co-MA)-TETA- GTA)纤维。研究该纤维对Au(III)的吸附性能,重点考察了起始溶液的pH值、初始Au(III)离子浓度和温度对吸附容量的影响。实验结果表明,UHMWPE-g-P(GMA-co-MA)-TETA-GTA 纤维对 Au(III)的吸附速率较快、吸附容量大,180 min内能够达到吸附平衡;在溶液的pH值为3时吸附容量最大(355 mg/g)。该吸附过程符合准二级动力学模型和和Langmuir等温吸附模型,吸附反应是一个熵减少的放热反应。