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。     

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。     

亲水型偕胺肟吸附剂的ARGET-ATRP可控制备及其对铀的吸附性能

吸附剂的制备是海水提铀的关键。本文以聚氯乙烯（PVC）为基材,采用电子转移活化再生原子转移自由基聚合（ARGET-ATRP）方法在PVC上引入偕胺肟（AO）和丙烯酸叔丁酯（tBA）基团,合成了偕胺肟基纤维吸附剂（PVC-AO-tBA）。在不同温度、铀溶液浓度和pH值条件下进行了PVC-AO-tBA吸附铀的实验研究,探讨了亲水单体tBA的引入对AO吸附剂吸铀性能的影响。结果表明,在同等条件下,PVC-AO-tBA对铀的吸附量由PVC-AO的109 mg/g提高到170 mg/g;PVC-AO-tBA对酸碱度的适应范围更宽,最佳pH值由6扩展到4~6。动力学分析结果表明,吸附速率也有了明显上升。值得注意的是,在与海水酸碱度接近的弱碱性环境下,平衡吸附量由39 mg/g提高到71 mg/g,可见吸附效果得到明显提升。     

氨基酸改性尼龙66纤维的制备及其铀吸附性能

采用辐射接枝法将甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）接枝于尼龙66（PA66）纤维表面以引入环氧基团,利用N-乙酰-L-半胱氨酸（NAC）与环氧基团进行开环反应,制备出氨基酸改性的PA66纤维吸附材料。利用红外光谱、热重分析、X射线光电子能谱、扫描电镜对改性前后PA66纤维化学结构、表面形貌进行表征。考察了含铀水溶液的初始pH值、初始铀浓度和吸附时间对PA66纤维吸附材料的铀吸附容量影响规律。研究表明,当溶液初始pH为8时,铀吸附效果最佳;吸附时间为100 min时达到饱和吸附;吸附材料对铀的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,吸附容量可达75.53 mg/g（铀初始质量浓度为25 mg/L）。此外纤维吸附材料在含铀等多种金属离子水溶液中具有良好的铀吸附选择性。     

偕胺肟基聚乙烯无纺布的制备及其铀吸附性能

以聚乙烯(PE)无纺布为基材,通过电子束预辐射接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯,然后依次与乙二胺、马来酸酐反应,再经过偶氮二异丁腈引发丙烯腈聚合,最后经过偕胺肟化成功地制备了一种新型偕胺肟基PE无纺布吸附材料(PE-g-AO)。通过全反射红外光谱仪、X射线光电子能谱仪和扫描电子显微镜对PE无纺布改性前后的化学结构和微观形貌进行了表征。结果表明:PE-g-AO无纺布对模拟含氟含铀溶液中铀酰离子的吸附容量为71.92 mg/g (铀初始浓度:20 mg/L;NaF:2.0 g/L;吸附剂:0.2 g/L;吸附时间:216 h);当吸附剂用量为1.0 g/L时,溶液中的铀酰离子基本被全部吸附,残留浓度为0.04 mg/L,达到国家排放标准;该吸附材料在UO_2~(2+)、Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+多离子溶液中对UO~2~(2+)离子具有较好的铀吸附选择性。     

多氨基协效的偕胺肟基吸附材料制备及其铀吸附性能

海水中的有机物易于与铀酰离子络合成稳定的化合物,从而影响铀吸附材料的吸附性能。本研究使用聚丙烯/聚乙烯无纺布（PP/PE SNW）为基材,通过辐射诱导接枝聚合（RIGP）在基材表面引入甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）单体后,分别与三亚乙基四胺（TETA）、四亚乙基五胺（TEPA）以及五乙烯基六胺（PEHA）进行开环反应引入氨基,与丙烯腈进行加成反应后,再进行胺肟化反应制备出具有多氨基协效官能团的偕胺肟基（AO）吸附材料P-TETA-AO、P-TEPA-AO、P-PEHA-AO。对制得的材料进行了结构表征、吸附性能探究以及吸附机理分析。实验结果表明：成功在基材表面修饰了3种不同链长功能高分子链,制备出目标偕胺肟基吸附材料;3种材料P-TETA-AO、P-TEPA-AO、P-PEHA-AO的铀吸附行为均符合准二级动力学模型以及Langmuir等温吸附模型;24 h内3种材料对铀的吸附容量分别为66.1 mg/g、63.22 mg/g、65.62 mg/g,在pH为5～9范围内表现出良好的吸附性能;5次吸附-解吸实验中材料的铀吸附率仅下降6%,解吸率维持在95%以上,具有良好的可再生性;模拟海...     

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。     

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111mg/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。     

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))。     

偕胺肟基团功能化共轭介孔聚合物用于可监控快速海水提铀

海水提铀是核能可持续发展的重要保障之一。快速提铀材料凭借短吸附周期可减少生物污损、老化而延长使用寿命,因此优化吸附周期可获得更高的提铀效率和经济效益。为此,本研究设计了一种偕胺肟修饰的共轭介孔聚合物（CMPAO）用于可监控的快速海水提铀。以具有优良聚集诱导发光性质的三苯胺和修饰有偕胺肟的芴衍生物为构建单元合成吸附材料,UO2+2被偕胺肟基团捕捉后,经共振能量转移增强CMPAO的电化学发光（ECL）信号,从而实现吸附过程的监测,以确定最优的吸附周期。结果表明：CMPAO在铀酰溶液（5×10-5 mol/L）中可在20 min内达到吸附平衡,对U的吸附容量为1825 mg/g;在真实海水中,3 d即可基本完成吸附过程,CMPAO对U的吸附容量达到16 mg/g,同时CMPAO在海水中可实现铀吸附量与ECL强度的正相关,能够实时监测吸附过程,指示吸附量的变化,以确定最优吸附周期。     

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。     

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。     

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。     

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=120 min时吸附效果最佳,最大吸附量可达572.6 mg/g（ρ₀(U(Ⅵ))=1000 mg/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。     

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。     

水生植物大薸和凤眼莲对水中铀的去除

通过室内水培和静态吸附实验,研究了铀矿区土著水生植物大薸(Pistia stratiotes L.)和凤眼莲(Eichhornia crassipes)对真实铀矿坑水和不同铀浓度水中铀的去除能力。结果表明:干体大薸和凤眼莲根系以1g/L(干重)的比例投加至铀矿坑水(ρ0(U)=1.93mg/L,pH0=7.83)中,1h后,矿坑水中铀去除率分别达58%和48%,5d后铀质量浓度降至0.3mg/L以下;活体大薸和凤眼莲对水体中铀的去除作用主要集中在第1d内,单株鲜重约为400g左右的活体大薸在10min内可以将1Lρ0(U)=0.045~4.5mg/L的水体中铀质量浓度降至30μg/L以下,符合世界卫生组织建议的饮用水标准;单株鲜重约为400g左右的活体凤眼莲在1d内可以将1Lρ0(U)=0.5~4.5mg/L的水体中铀质量浓度降至国家标准(GB 23727—2009)规定值(0.05mg/L)以下。