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。     

改性稻杆吸附U(Ⅵ)的行为和机理研究

通过静态吸附实验,研究了改性稻杆对UO2+2的吸附行为,从吸附热力学和吸附动力学方面对改性稻杆吸附UO2+2的过程进行了分析,并采用红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)等分析手段探讨了改性稻杆吸附UO2+2的机理。结果表明:改性稻杆对UO2+2的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,相关系数达到0.98以上,表现为以单层吸附为主;表面吸附是改性稻杆吸附UO2+2动力学控制的主要步骤,吸附动力学过程符合准二级吸附速率模型,相关系数达0.999 2;热力学研究表明,改性稻杆吸附UO2+2是吸热、自发、不可逆的过程;改性稻杆吸附UO2+2前后的表面形态发生了变化,部分晶体结构发生了改变,吸附过程中改性稻杆细胞壁上的—OH、C O、Si O及P—O等活性基团与UO2+2发生络合反应,形成络合物,故改性稻杆吸附U(Ⅵ)的机理为表面络合吸附。     

BiCuSO材料吸附放射性废液中的U(Ⅵ)

合成了一种BiCuSO基新型材料,通过批次实验探究pH、振荡时间、初始U(Ⅵ)浓度、温度对吸附铀的影响。结果表明,当pH=6.5、t=120min时吸附效果最佳,最大吸附量可达572.6mg/g(ρ₀(U(Ⅵ))=1 000mg/L)。通过动力学及热力学模拟可得,该吸附符合准二级动力学及Freundlich等温吸附模型,且在不同温度下ΔG<0,表明反应为自发反应。此外,利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等表征手段对吸附前后的样品进行了表征,探究了其中的吸附机理,为寻求新材料处理放射性废液中的铀提供了理论支撑。     

膨润土对U(Ⅵ)的吸附机理研究

以高庙子膨润土为研究对象,通过静态吸附实验,考查了高庙子膨润土对U(Ⅵ)的吸附特征,研究了接触时间、固液比、铀的初始浓度、pH、离子类型和离子浓度等因素对U(Ⅵ)吸附特征的影响,并讨论了膨润土对U(Ⅵ)的吸附动力学和热力学过程。结果表明:吸附过程在24 h后达到动态平衡;最佳吸附固液比为1:300;最佳吸附初始浓度为40 mg·L~(-1);在pH为5时,膨润土对U(Ⅵ)的吸附效果最好,过酸或过碱都会影响膨润土对U(Ⅵ)的吸附;溶液中Ca~(2+)、CO_3~(2-)显著降低了膨润土对U(Ⅵ)的吸附效果,影响程度随着离子浓度的增加而增大;Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型对吸附过程的拟合效果较好,主要表现为多层吸附。     

地质水泥对U(Ⅵ)的吸附行为及其机理研究

针对具有放射性的含铀废液,本实验采用间歇法,选用养护28 d、粒径为200~220 μm的地质水泥颗粒作为吸附剂,通过改变水泥投加量、吸附时间、pH值、U(Ⅵ)浓度、溶液温度等环境因素,研究地质水泥对U(Ⅵ)的静态吸附规律,为评估含U(Ⅵ)地质水泥固化体的固有稳定性提供依据。结果表明,在较低固液比（0.5 g/L）和较短时间（1.5 d）内,地质水泥对不同浓度U(Ⅵ)的吸附率达99.9%以上,且吸附量受U(Ⅵ)浓度和环境因素（pH值、溶液温度）的影响较小,吸附条件温和。热力学行为更符合Langmuir等温吸附模型,意味着该过程是一个吸热、以单层吸附为主的吸附过程。吸附材料结构表征结果证实,该吸附过程同时存在物理（静电吸引）与化学（离子交换）两种吸附机制。     

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_...     

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。     

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。     

聚合铝对铀(Ⅵ)的吸附

研究了聚合铝对铀的吸附以及在含铝离子的溶液中用偶氮胂Ⅲ进行铀的测定方法的探索。研究表明:在1∶1(体积比)的盐酸介质中,当c(AlCl3)<0.1mol/L时,用偶氮胂Ⅲ测定铀误差小于10%,摩尔吸光系数仅103 L/(mol.cm)。当聚合铝的羟铝比为2、铝浓度为5.64×10-3 mol/L时,可实现铀的吸附率在90%以上。因此聚合铝是一种很好的吸附铀的材料,并可实现含铀废水的减容,从而降低核废物处理成本。     

高岭土对U(VI)的吸附性能研究

以高岭土为研究对象,采用静态吸附的实验方法,探讨了吸附时间、铀(Ⅵ)的初始浓度、吸附剂质量、pH值、离子种类、腐殖酸质量等因素对铀(Ⅵ)吸附的影响。结果表明:高岭土对铀(Ⅵ)的吸附性能较好,在6 h时就达到了平衡,最佳铀(Ⅵ)的初始浓度为60μg?m L~(-1);最佳的吸附剂质量为0.01 g;随着pH值的增大,高岭土对铀(Ⅵ)的吸附效果先增大,后减小,pH=5时,吸附效果最大;溶液中K~+、NO_3~-、Na~+和SO_4~(2-)对铀(Ⅵ)的吸附影响较小,Mg~(2+)、CO_3~(2-)和HCO_3~-对铀(Ⅵ)的吸附有抑制效果,不利于吸附;溶液中腐殖酸质量的增加会抑制高岭土对铀(Ⅵ)的吸附。实验结果同时表明:准二级动力学模型较准一级动力学模型能更好地描述U(Ⅵ)在高岭土上的吸附。     

氧化石墨烯对U(Ⅵ)的吸附

氧化石墨烯由于具有高比表面积和大量含氧功能基团，在放射性核素的高效富集方面引起广泛的关注。利用自制的氧化石墨烯作为吸附剂，研究了不同实验条件下对放射性废水中U(Ⅵ)的吸附行为，研究了pH、离子强度、温度和氧化石墨烯浓度对U(Ⅵ)吸附的影响。结果表明，氧化石墨烯对U(Ⅵ)的吸附主要是形成内层表面络合物，具有很强的去除能力，是目前所有材料中对U(Ⅵ)吸附能力最强的材料之一。吸附后的石墨烯经强酸处理后可以实现循环利用，而且吸附能力没有明显降低，但是弱酸处理不能使吸附的铀从石墨烯表面解吸。随着未来技术的发展，氧化石墨烯能够低成本大量制备后，在放射性废水处理中将具有重要的应用前景。     

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。     

三聚磷酸钠交联壳聚糖/纳米Fe~0复合膜对U(Ⅵ)的吸附特性

制备了三聚磷酸钠交联壳聚糖/纳米Fe~0(CS-Fe)复合膜,并将其用于吸附U(Ⅵ),考察了pH值对CS-Fe复合膜吸附U(Ⅵ)的影响,以及吸附动力学和吸附等温线。结果表明,吸附等温线符合双位点Langmuir模型,以CS-Fe复合膜的磷酸基团为主要吸附位,纳米Fe~0为次要吸附位。吸附动力学符合准二级模型,表明化学吸附是控速步骤。CS-Fe复合膜对U(Ⅵ)的饱和吸附容量(208.8mg/g)远高于壳聚糖膜对U(Ⅵ)的饱和吸附容量(131.6mg/g),这是由于壳聚糖促进了纳米Fe~0的分散以及纳米Fe~0还原U(Ⅵ)的共同作用。     

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。     

铝皂石胶体对U(Ⅵ)的吸附性能研究

为了在粘土矿物胶体处理系统中核素迁移机理的研究工作提供基础性数据和技术依据,采用静态吸附法研究了铝皂石胶体在不同接触时间、p H、离子种类、腐殖酸用量和温度条件下对U(Ⅵ)吸附效果的影响,应用激光粒度仪、Zeta电位仪、傅里叶变换红外光谱仪(Fourier Transform Infrared,FT-IR)、X射线荧光光谱仪(X-ray Fluorescence Spectrometer,XRF)和扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对铝皂石胶体的结构和吸附机理进行探究。实验结果表明:升温有利于反应的进行,溶液中阴阳离子对吸附效果的影响很大;当吸附平衡时间为20 min、pH等于6、腐殖酸投加量为2 mg时,铝皂石胶体对U(Ⅵ)吸附效果最好。实验所制备的铝皂石胶体具有良好的吸附性能,有望成为一种能够有效处理含铀废水的吸附材料。     

电纺丝法制备功能化聚丙烯腈纳米纤维及其对U(Ⅵ)的吸附

本工作旨在合成对U(Ⅵ)具有高吸附容量与高选择性,且经济环保的功能化纳米纤维材料。首先采用静电纺丝法制备了偕胺肟基聚丙烯腈纳米纤维材料(AO-PAN)和羧基/偕胺肟基聚丙烯腈纳米纤维材料(AC-PAN),并通过不同手段对其进行表征。然后研究了pH、离子强度、接触时间、U(Ⅵ)初始浓度、温度和共存离子对U(Ⅵ)在合成材料上吸附的影响,同时研究了AO-PAN和AC-PAN的重复使用性。结果表明:AO-PAN和AC-PAN对U(Ⅵ)的吸附受pH的影响显著,但受离子强度的影响不大;AC-PAN对U(Ⅵ)吸附达到平衡只需30 min,其最大吸附容量为3.33 mmol/g,约为AO-PAN的8倍;温度的升高有利于U(Ⅵ)的吸附,说明吸附过程是吸热反应;AO-PAN和AC-PAN对U(Ⅵ)具有良好的吸附选择性,且重复利用3次后对U(Ⅵ)的吸附率依然超过99%。因此,AO-PAN和AC-PAN在处理含铀废水方面有很好的应用前景。     

U(Ⅵ)在Na-凹凸棒石黏土上的吸附

采用批式法研究了U(Ⅵ)在Na-凹凸棒石黏土上的吸附行为,结果表明,U(Ⅵ)在Na-凹凸棒石黏土上的吸附动力学速度快,且符合假二级动力学方程。探讨了吸附接触时间、离子强度、pH值、富里酸(FA)及温度等因素对吸附的影响。结果发现:在pH<5.5时,随NaCl浓度的增大,U(Ⅵ)在Na-凹凸棒石黏土上的吸附率减小,pH>8.0时,随NaCl浓度的增大,U(Ⅵ)的吸附率反而增大;在pH<6.0时,吸附率随pH值增大而增大,pH>8.0时,吸附率随pH值的增大而减小;在高pH值下,U(Ⅵ)在Na-凹凸棒石黏土上的吸附机理可能主要是表面配合作用,而在低pH值下,其吸附机理可能主要是离子交换作用;高温有利于U(Ⅵ)在Na-凹凸棒石黏土上的吸附,且该吸附是吸热的、自发的过程;FA对吸附有明显的促进作用。     

改性类水滑石的制备及其去除溶液中Eu(Ⅲ)和U(Ⅵ)

通过水热合成法成功地制备了丙三醇改性Ni/Al型水滑石(GMH),并通过批量处理法和静态吸附法考察了在固体投加量、溶液pH、离子强度、腐殖酸、接触时间和温度等因素影响下,溶液中Eu(Ⅲ)和U(Ⅵ)在GMH上的吸附行为。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)等表征手段对材料吸附前后进行分析,结合吸附动力学和热力学模型对吸附机理进行探讨。结果表明,溶液pH值对Eu(Ⅲ)和U(Ⅵ)在GMH上的吸附行为影响显著,在pH=7.0左右时吸附率达到最大;准二级动力学模型和Langmuir等温线模型可以很好地描述Eu(Ⅲ)和U(Ⅵ)在GMH上的吸附过程,且此过程是自发的、吸热的过程;实验条件下,GMH对溶液中的Eu(Ⅲ)和U(Ⅵ)的最大理论吸附量分别为511 mg/g和441 mg/g;GMH对溶液中Eu(Ⅲ)的吸附主要是通过静电相互作用、内层表面络合以及离子交换相互作用实现;而对U(Ⅵ)的吸附主要是通过静电相互作用和内层表面络合作用实现的。实验表明,合成材料在含低放废水的有效净化和修复方面具有很大的应用前景。     

红壤胶体对U(Ⅵ)的吸附性能及机理

采用静态法研究了某铀矿山附近土壤中的红壤胶体在不同pH值、离子强度、吸附平衡时间、铀溶液初始浓度、胶体用量、胶体粒径和有机质条件下对U(Ⅵ)的吸附影响,从热力学和动力学方面对吸附过程进行了分析,并通过元素分析、红外光谱（FT-IR）和扫描电镜（SEM）对吸附机理进行了初步探讨。实验结果表明：离子强度越小,胶体粒径越小,胶体对U(Ⅵ)的吸附量越大;单位质量红壤胶体对铀的吸附量随铀初始质量浓度的增大而增大,随红壤胶体用量的增大而减少;在25 ℃、pH值为3.5、离子强度为0.001 mol/L时,粒径小于1 μm的红壤胶体的饱和吸附量q_max为76.76 μg/mg。红壤胶体吸附铀酰离子前后的红外光谱表明,与吸附相关的主要基团为羟基、羰基、Si-O、Si-O-Fe等。红壤胶体对铀的吸附遵循Langmuir吸附等温线,符合准二级吸附动力学方程。     

土壤腐殖酸的提取及其对U(Ⅵ)的吸附

用稀碱法从拟作为核废物填埋场的土壤中提取腐殖酸并用元素分析和红外光谱进行表征。用此腐殖酸对U(Ⅵ)进行的吸附实验结果表明：当U(Ⅵ)初始总浓度为0.84×10^-4mol/L、溶液pH为3时，5mg腐殖酸可从20mL溶液中吸附U(Ⅵ)80%以上；两相接触8h后达到动态平衡；水相U(Ⅵ)浓度与吸附量之间的关系符合Langmuir经验公式；在0～40℃范围内，温度对吸附有不大的正影响；Al³⁺、Ca²⁺、Nd³⁺、Eu³⁺、CO^2-3、柠檬酸根离子、SO^2-4和EDTA等能使该腐殖酸对U(Ⅵ)的吸附率显著降低，而K+、NO^-3等对吸附则无明显影响。