U(Ⅵ)在偕胺肟基功能化介孔二氧化硅上的吸附

通过嫁接法合成了偕胺肟基功能化修饰的介孔二氧化硅SBA-15-AO和SBA-15-2AO,采用傅里叶红外谱图(FTIR)、X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、比表面分析(BET)和元素分析等手段对所合成的样品进行了表征;采用批式法对比研究了U(Ⅵ)在未功能化的SBA-15和偕胺肟功能基含量不同的样品SBA-15-AO和SBA-15-2AO上的吸附行为。结果表明:偕胺肟基的引入未破坏SBA-15的孔结构,其比表面积和孔体积有所减小,但对U(Ⅵ)的吸附能力显著增强;室温下,偕胺肟基团含量较大的SBA-15-2AO对U(Ⅵ)的吸附能力最大,其最大吸附容量约为0.885mmol/g,是未功能化的SBA-15最大吸附容量的4倍;U(Ⅵ)在SBA-15、SBA-15-AO和SBA-15-2AO上的吸附均较迅速,180 min达到吸附平衡,均符合准二级吸附动力学模型;吸附过程受pH影响显著,但离子强度对吸附的影响较小,吸附为放热过程;在一系列干扰离子存在下,偕胺肟基功能化的SBA-15对U(Ⅵ)具有良好的吸附选择性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

偕胺肟基聚偏氟乙烯粉体对铀酰离子的吸附研究

通过批量吸附实验研究了辐射接枝技术制备的偕胺肟基聚偏氟乙烯(PVDF-g-PAO)粉体对低浓度铀酰离子的吸附行为,考察铀酰离子初始浓度、温度、pH值对吸附行为的影响。结果表明,PVDF-g-PAO粉体对低浓度铀酰离子的吸附较快,约180 min达动态平衡,吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型,吸附反应是熵增加的吸热反应。体系pH值对铀酰离子吸附率影响表明,pH值在5?8范围内时,吸附率变化不大,偕胺肟基材料比较适合海水环境下的吸附,同时发现对材料上已吸附铀酰离子可用酸或碱溶液脱附。     

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。     

海水采铀成本的试验计算

海水中含铀总量约为4×10~9t,但其浓度极低,仅为3×10~(12)。 海水采铀最有效的方法是利用铀吸附剂。现在已研制出了多种类型吸附剂,其中性能最好的是偕胺肟型吸附剂。它主要由偕胺肟基和亚氨二肟基组合,其主要特点是:(1)合成非常简单;(2)对铀的选择性吸附率高,其平衡吸附铀容量可达到30mg·g~(-1),是其他类型吸附剂无可比拟的;(3)易解吸。用0.5～1     

海水提铀用偕胺肟基聚合物研究进展

偕胺肟基聚合物是海水提铀用吸附最有效的材料之一。按偕胺肟基聚合物的制备方法即单体共聚法、聚合物改性法、聚合物共混法为线索进行了综述,描述了海水提铀材料中偕胺肟基聚合物的研究现状,提出了以绿色天然原料为基材,具有更高机械强度、高吸铀量、高选择性的吸附剂是今后海水提铀用偕胺肟基聚合物的重要研究方向。     

偕胺肟功能化水热碳微球对铀的吸附性能

为在碳微球表面引入偕胺肟基团,采用丙烯腈接枝淀粉为原料,通过水热法成功制备偕胺肟功能化水热碳微球(HTC-AO),并研究了HTC-AO对水溶液中铀的吸附性能,HTC-AO对铀吸附的最佳pH=6.0,吸附量最大为455.6mg/g,吸附过程符合Langmuir等温方程和准二级动力学方程。热力学研究表明,吸附过程为自发吸热过程。选择性研究结果表明,在多种离子共存的情况下HTC-AO对铀具有很高的选择性。     

功能化的β-环糊精水凝胶对U(Ⅵ)、Th(Ⅳ)的吸附

以顺丁烯二酸酐修饰的β-环糊精（β-CD）、丙烯腈(AN)和顺丁烯二酸酐(MAH)为单体，合成了功能化三元共聚物水凝胶β-CD/MAH-co-AN-co-MAH（CD-AN-MAH），进一步肟化得到β-CD/MAH-co-AO-co-MAH（CD-AO-MAH）。为了探索两种三元共聚物水凝胶在一定条件下对U(Ⅵ)、Th(Ⅳ)的吸附特性，研究了酸度、时间和温度对吸附过程的影响，进而观察U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)的不同的吸附行为；结合动力学拟合、吸附等温线和热力学拟合解释U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)与两种新材料间的相互作用机理。结果表明：一定酸度条件下，两种三元共聚物水凝胶对U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)的吸附均是快速的动力学过程，服从准二级动力学模型；肟化后的CD-AO-MAH对U(Ⅵ)的吸附效果优于肟化前的CD-AN-MAH；且两种三元共聚物水凝胶对于U(Ⅵ)的吸附均优于对Th(Ⅳ)的吸附。再一次证明肟基对U(Ⅵ)有较好的选择性，肟化后的三元共聚物水凝胶可以做为选择性分离U(Ⅵ)的潜在材料。     

功能化的β-环糊精水凝胶对U(Ⅵ)、 Th(Ⅳ)的吸附

以顺丁烯二酸酐修饰的β-环糊精（β-CD）、丙烯腈(AN)和顺丁烯二酸酐(MAH)为单体，合成了功能化三元共聚物水凝胶β-CD/MAH-co-AN-co-MAH（CD-AN-MAH），进一步肟化得到β-CD/MAH-co-AO-co-MAH（CD-AO-MAH）。为了探索两种三元共聚物水凝胶在一定条件下对U(Ⅵ)、Th(Ⅳ)的吸附特性，研究了酸度、时间和温度对吸附过程的影响，进而观察U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)的不同的吸附行为；结合动力学拟合、吸附等温线和热力学拟合解释U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)与两种新材料间的相互作用机理。结果表明：一定酸度条件下，两种三元共聚物水凝胶对U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)的吸附均是快速的动力学过程，服从准二级动力学模型；肟化后的CD-AO-MAH对U(Ⅵ)的吸附效果优于肟化前的CD-AN-MAH；且两种三元共聚物水凝胶对于U(Ⅵ)的吸附均优于对Th(Ⅳ)的吸附。再一次证明肟基对U(Ⅵ)有较好的选择性，肟化后的三元共聚物水凝胶可以做为选择性分离U(Ⅵ)的潜在材料。     

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。     

1,4-丁二偕胺肟在Cu(Ⅱ)/Ni(Ⅱ)/U(Ⅵ)存在下的官能团转化反应

偕胺肟官能团化的聚合物是当前最有希望工程化应用的海水提铀吸附材料。研究该类吸附材料表面官能团的种类及相关化学反应,能从分子水平为其性能改进及应用研究提供指导。本工作根据该类吸附材料制备、提铀实施、铀洗脱及材料再生的过程,选取1,4 丁二偕胺肟（H2L）作为材料表面二偕胺肟官能团的小分子类似物,以1H核磁共振、单晶X射线衍射以及吸收光谱为主要技术手段,分别研究了H2L在加热、酸碱溶液中,以及Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、U(Ⅵ)存在条件下的官能团转化反应。研究发现,不同条件下H2L可发生不同形式的转化反应,在Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)存在下可转化为2,5 二亚氨基吡咯烷 1 醇形式,在U(Ⅵ)存在下可转化为丁二酰亚胺二肟形式。这些结果进一步加深了对偕胺肟类材料表面官能团转化反应的理解,并提供了一种由二偕胺肟官能团转化为与铀亲和能力更强的酰亚胺二肟官能团的新途径。     

温度对U(Ⅵ)在高岭土上的吸附影响

以高岭土为吸附剂,研究高岭土对水中U(Ⅵ)的吸附特征,对比探究了298.15 K、308.15 K、318.15 K和328.15 K下U(Ⅵ)的不同初始浓度、溶液pH和共存离子对其吸附的影响。吸附实验结果表明:随着U(Ⅵ)初始浓度增加,高岭土对U(Ⅵ)的吸附量增强,吸附热力学分析证明高岭土对U(Ⅵ)的吸附过程是自发的吸热过程,升温对高岭土吸附U(Ⅵ)产生促进作用;当pH为7时,高岭土对U(Ⅵ)的吸附效果最佳,相同pH条件下升温对高岭土吸附U(Ⅵ)产生促进作用;共存离子中Ca~(2+)、CO_3~(2-)和SO_4~(2-)对吸附有较大的抑制作用,相同离子条件下升温对高岭土吸附U(Ⅵ)产生促进作用;通过对不同温度条件下高岭土吸附前后的红外吸收光谱(Fourier Transform Infrared Spectrometer,FT-IR)对比发现:温度升高后吸收峰发生了移动和强度变化,并且有新峰出现,说明升温后高岭土对U(Ⅵ)的吸附不仅是物理吸附,还存在化学吸附。     

偕胺肟基改性碳纳米管对铀的吸附性能研究

对多壁碳纳米管（MWNTs）进行偕胺肟基改性,采用透射电子显微镜（TEM）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）进行表征,研究了改性前后MWNTs在不同条件下对铀的吸附性能。结果表明,在pH=2～8的范围内,未改性的碳纳米管（raw-MWNTs）与偕胺肟基改性碳纳米管（AO-MWNTs）对铀的吸附容量均是先增大后降低,pH值为5时达到最大。随着铀初始浓度的增大,raw-MWNTs和AO-MWNTs对铀的吸附容量逐渐升高。当铀初始浓度为10 mg/L时,AO-MWNTs对铀振荡吸附30 min后达到平衡,吸附容量可达18.93 mg/g,而raw-MWNTs对铀振荡吸附60 min后趋于稳定,吸附容量可达9.59 mg/g。AO-MWNTs对铀的吸附符合Langmuir和Freundlich模型,最大理论吸附容量为106.38 mg/g。     

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。     

偕胺肟基铀吸附材料研究进展

采用吸附材料处理铀矿开采、加工及乏燃料后处理产生的含铀废水和吸附海水中的铀为当前研究热点。吸附材料与铀的结合主要是通过官能团的配位作用，其中偕胺肟基团由于对铀具有特异性响应，而表现出优异的吸附选择性。本文归纳了偕胺肟基团的制备方法，对氰基-羟胺法进行了详细介绍。从吸附材料形态和功能角度详述了现阶段偕胺肟单官能团吸附材料的研究进展，同时对-NH₂和-AO或-COOH和-AO的双官能团协同吸附进行了介绍，并对偕胺肟基团与铀的配位机理进行了简要分析，最后对偕胺肟基吸附材料的基底材料选择、制备方法和特殊功能性进行了展望。     

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。     

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。