聚苯胺/TiO2复合材料对U(Ⅵ)吸附性能的研究

采用溶胶-凝胶法合成二氧化钛（TiO₂）,并将苯胺聚合在TiO₂表面制备了聚苯胺（PANI）/TiO₂复合材料（PANI/TiO₂）。使用FT-IR、TGA和XPS表征了制备的TiO₂、PANI和PANI/TiO₂的表面功能基团、热稳定性和表面元素组成。研究了溶液pH值、吸附时间、U(Ⅵ)浓度和温度等因素对TiO₂、PANI和PANI/TiO₂吸附U(Ⅵ)的影响,探讨了3种材料对U(Ⅵ)的吸附动力学、等温线和热力学性质。FT-IR、TGA和XPS表征结果表明,成功制备了PANI/TiO₂复合材料。TiO₂、PANI和PANI/TiO₂吸附U(Ⅵ)的最佳pH值分别为5.0、4.5和5.0;吸附过程均符合Langmuir吸附等温模型和准二级吸附方程,TiO₂、PANI和PANI/TiO₂的单层饱和吸附量分别为11.49、22.41、43.29 mg/g;3种吸附剂对U(Ⅵ)的吸附过程均为自发的吸热过程。同时,PANI/TiO₂具有较好的循环使用性能,第5次使用时,吸附量仅降低了15.4%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

XPS/AES研究室温下铀基氮化层的表面氧化

采用俄歇电子能谱仪（AES）以及X射线电子能谱仪（XPS）原位研究了室温下铀基氮化层在纯O₂气氛中的初始氧化过程。原位氧化过程中U的AES微分谱以及U 4f、N 1s、O 1s谱的变化显示,U₂N_3+x氧化形成了UN_xO_y;AES深度剖析结果显示,经18 L以及120 L O₂曝露氧化层与氮化层界面处均出现N的富集,表面形成氧化层-富氮层-氮化层的三明治结构。富氮层U原子的AES微分谱中OPV混合峰的峰位远低于氮化层与氧化层,N 1s谱向低能侧移动, 表明富氮层主要成分为N/U比较氮化层更高的氮化物。推测U₂N_3+x的氧化基于O原子对N原子的置换,被置换出的N原子进入邻近晶格使N/U比增大并阻碍O原子向内的进一步扩散。     

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。     

Ag_(3)PO_(4)/P-C_(3)N_(4)材料的制备及其对铀的吸附性能北大核心CSCD

为设计一种对U(Ⅵ)具有较高吸附容量和较高选择性的吸附材料,采用石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))与磷酸二氢铵作为原料,通过热共聚法制备P-C_(3)N_(4),再利用磷酸氢二钠与硝酸银通过原位共沉淀法制备Ag_(3)PO_(4)/P-C_(3)N_(4)复合吸附材料。吸附实验结果表明,Ag_(3)PO_(4)/P-C_(3)N_(4)复合吸附材料在室温下对U(Ⅵ)的吸附容量达到524.6 mg/g;在溶液中同时存在Na^(+)、K^(+)、Mg^(2+)、Ca^(2+)、Sr^(2+)、Zn^(2+)、Ni^(2+)和Co^(2+)等竞争离子时,对U(Ⅵ)的吸附分配系数达到6.13×10^(3)mL/g。XPS分析结果表明,Ag_(3)PO_(4)/P-C_(3)N_(4)复合吸附材料中的含N和含P官能团可能参与U(Ⅵ)吸附过程。因此,Ag_(3)PO_(4)/P-C_(3)N_(4)复合吸附材料是一种对U(Ⅵ)具有较高吸附容量和较高选择性的吸附材料。     

磁性富羧基碳复合材料的制备及对Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)和U(Ⅵ)的吸附

采用溶剂热法制备了富羧基碳,随后通过化学共沉淀法合成了磁性富羧基碳复合材料。利用透射电子显微镜(TEM)、红外光谱分析(FTIR)、X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)、热重差热分析(TGA)、zeta电位分析及比表面积(BET)等手段对磁性富羧基碳的形貌、组成、结构、磁性以及表面电荷特性等进行了表征,并考察了富羧基碳和磁性富羧基碳对Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)和U(Ⅵ)的吸附性能。结果表明:富羧基碳经磁性改性后表面负载了铁氧化物纳米颗粒,比表面积由29.2m2/g提高到45.4m2/g,热稳定性提高,由磁滞回线可知,磁性富羧基碳的饱和磁化强度为30.68A.m2/kg。Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)和U(Ⅵ)在磁性富羧基碳上的平衡吸附容量分别为477.50、23.50、260.20、54.86mg/g,低于富羧基碳,吸附等温线符合Langmuir等温模型。从磁性富羧基碳对Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)和U(Ⅵ)均具有较高的吸附容量和不同吸附剂对U(Ⅵ)吸附容量的比较可以看出,该吸附剂是重金属污水和放射性废液处理领域中极具发展前景的吸附材料。     

金属Ce氢化-氮化反应动力学

以金属Ce为原料,对Ce氢化-氮化动力学参数进行研究,分别考察了初始反应温度、原料气体初始压力和Ce片厚度等对金属Ce氢化-氮化反应的影响。研究结果表明:升高初始反应温度有利于缩短氢化过程的诱导时间,但对氢化反应速率无明显影响;提高H₂初始压力和降低片层厚度能明显加快氢化反应速率。此外,通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等表征证明氢化铈可以与N₂反应得到氮化铈(CeN)和H₂,但反应需要较高的温度以克服活化能,增加初始反应温度和N₂初始压力可以提高反应速率。综合考虑,初始反应温度为350℃、N₂初始压力为60 kPa是氢化铈氮化的较优条件。     

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。     

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。     

类普鲁士蓝KNiFC无机吸附剂 在离子液体中吸附Cs+

研究了类普鲁士蓝吸附剂K₂NiFe(CN)₆(KNiFC)在室温离子液体(RTILs)中对Cs⁺的吸附,包括吸附动力学、吸附等温线、吸附机理,并且研究了配体N,N,N′,N′-四甲基丙二酰胺(TMMA)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、亚甲基二磷酸四异丙酯(TIPMBP)以及共存离子U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)对Cs⁺吸附的影响。结果显示：温度为298 K时,Cs⁺的饱和吸附量为40.3 mg/g;温度为338 K时,其饱和吸附量为49.2 mg/g;吸附平衡时间约为18 h。吸附可以很好地用准二级动力学描述,吸附反应为吸热反应。通过对吸附剂进行X射线光电子能谱法（XPS）表征,证明其吸附机理为阳离子交换机理。当Cs⁺、U(Ⅵ)或Th(Ⅳ)共同存在时,会发生吸附竞争。而当在Cs⁺、Th(Ⅳ)或U(Ⅵ)混合溶液中分别加入TMMA、DMF、TIPMBP后,Th(Ⅳ)几乎不被吸附,Cs⁺的吸附量不变;U(Ⅵ)吸附量很小,Cs⁺的吸附量变化不大。当离子液体中Cs⁺、Th(Ⅳ)或U(Ⅵ)共存时,可以通过加入配体来实现类普鲁士蓝KNiFC无机吸附剂对Cs⁺的选择性吸附。     

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。     

改性稻秆吸附U(Ⅵ)的特性研究

通过静态吸附实验,以稻秆为吸附剂、含U(Ⅵ)溶液为吸附质,研究了吸附剂改性方法、吸附剂用量、溶液pH值、吸附温度等因素对稻秆吸附U(Ⅵ)效果的影响,探讨了改性稻秆吸附U(Ⅵ)的热力学、动力学性质。实验结果表明,用0.5mol/L NaOH能够对稻秆进行有效改性,在吸附pH=4.0、吸附时间为180min、改性稻秆投加量为5~8g/L、室温条件下,改性稻秆吸附U(Ⅵ)可达到较好吸附效果,U(Ⅵ)去除率达到99.72%;但随着铀初始质量浓度的增加,U(Ⅵ)去除率降低。改性稻秆吸附U(Ⅵ)的热力学过程遵循Langmuir等温吸附方程,相关系数r2=0.989 9;改性稻秆吸附U(Ⅵ)的动力学过程符合准二级动力学方程,相关系数r2达到0.999 2。     

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。     

PVP包覆纳米Fe3O4对U（Ⅵ）的吸附

以聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone, PVP）包覆纳米Fe₃O₄（以Fe₃O₄@PVP表示,下同）作为U（Ⅵ）吸附剂,开展了pH值、初始铀浓度、吸附温度、离子强度、吸附时间等因素对吸附U（Ⅵ）的影响研究,同时进行了吸附等温线、吸附动力学、吸附热力学与循环利用研究。结果表明,在pH=6.00、温度为20～40℃时,Fe₃O₄@PVP吸附U（Ⅵ）达到平衡的时间为5～60 min,单次铀吸附率均大于75%。该吸附过程符合准二级吸附动力学模型,温度为20～40℃时,准二级吸附速率常数为0.000 646～0.012 500 g/（mg·min）;该过程符合Redlich-Peterson与Langmuir等温线模型,根据Langmuir等温线预估20～40℃时Fe₃O₄@PVP吸附U（Ⅵ）的饱和吸附容量为185.8～291.0 mg/g。此吸附过程是一个吸热过程（标准吸附焓变ΔH^?     

PVP包覆纳米Fe3O4对U（Ⅵ）的吸附

以聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone, PVP）包覆纳米Fe₃O₄（以Fe₃O₄@PVP表示,下同）作为U（Ⅵ）吸附剂,开展了pH值、初始铀浓度、吸附温度、离子强度、吸附时间等因素对吸附U（Ⅵ）的影响研究,同时进行了吸附等温线、吸附动力学、吸附热力学与循环利用研究。结果表明,在pH=6.00、温度为20～40℃时,Fe₃O₄@PVP吸附U（Ⅵ）达到平衡的时间为5～60 min,单次铀吸附率均大于75%。该吸附过程符合准二级吸附动力学模型,温度为20～40℃时,准二级吸附速率常数为0.000 646～0.012 500 g/（mg·min）;该过程符合Redlich-Peterson与Langmuir等温线模型,根据Langmuir等温线预估20～40℃时Fe₃O₄@PVP吸附U（Ⅵ）的饱和吸附容量为185.8～291.0 mg/g。此吸附过程是一个吸热过程（标准吸附焓变ΔH^?     

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。     

磷酸三钙去除U(Ⅵ)的性能与机理研究北大核心CSCD

为了探究磷酸三钙对U(Ⅵ)的吸附性能与机理,以碳酸钙和磷酸氢二铵为原料,采用固相法合成磷酸三钙粉末,并利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶转换红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和比表面积分析仪(BET)对其理化特性进行表征。研究pH、固液比、吸附时间、U(Ⅵ)初始浓度、吸附温度等因素对磷酸三钙去除U(Ⅵ)性能的影响。采用动力学吸附、等温吸附、热力学吸附等模型及XRD、FTIR、X射线光电子能谱(XPS)、SEM、能谱仪(EDS)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)等表征手段揭示磷酸三钙去除U(Ⅵ)的机理。结果表明:在pH=3.0、固液比0.1 g/L、吸附时间60 min、U(Ⅵ)初始质量浓度120 mg/L、吸附温度308 K的条件下,磷酸三钙对U(Ⅵ)的平衡吸附容量达到999.25 mg/g。该吸附过程符合准二级动力学模型(化学吸附)和Langmuir模型(单层吸附),且为自发吸热过程。磷酸三钙对U(Ⅵ)的去除机理为溶解和沉淀过程:在酸性水溶液中,磷酸三钙溶解出的Ca^(2+)和PO^(3-)_(4)与UO_(2)^(2+)发生沉淀反应,在磷酸三钙表面生成准钙铀云母(Ca(UO_(2))_(2)(PO_(4))_(2)·6H 2O)。以上结果表明:磷酸三钙可作为一种有应用前景的用于处理含U(Ⅵ)废水的吸附材料。