新型磷酸鋯基雜化材料的制備及除銫的性能研究.pdf

1、隨著放射性同位素技術(shù)的廣泛應(yīng)用，放射性廢水治理日益受到重視。137Cs是放射性廢水中的典型高毒性核素，必須有效分離以確保環(huán)境安全。采用離子交換樹脂分離水中137Cs是常用的處理方法之一，但處理過程易受競(jìng)爭(zhēng)離子影響，對(duì)137Cs選擇性較差。為了提高離子交換樹脂對(duì)137Cs的選擇性，本研究以納米磷酸鋯為無機(jī)離子交換劑，以大孔陽離子交換樹脂D001為載體，制備了一種新型的磷酸鋯基雜化材料，并用于分離模擬放射性廢水中的Cs(I)，為實(shí)際放射性廢

2、水中137Cs的高效分離提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
　　首先，采用直接沉淀法制備了納米磷酸鋯粉體（ZrP），其顆粒尺度在0.2μm~1μm之間，并且存在納米級(jí)的ZrP粉體，顆粒尺度在50nm左右，ZrP粉體主要為無定形結(jié)構(gòu)，并且具有α-ZrP晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。ZrP對(duì)Cs(I)具有較強(qiáng)的選擇性，當(dāng)模擬廢水中Ca/Cs(mol/mol)≤128時(shí)，Cs(I)去除率仍能達(dá)到70％以上，而此時(shí)D001對(duì)Cs(I)的去除率為0。在初始10mi

3、n內(nèi)，ZrP對(duì)Cs(I)的去除量即達(dá)到了最大去除量的53.8%；吸附行為符合偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型（R2＝0.9343）。溫度降低有利于ZrP對(duì)Cs(I)的去除，等溫吸附過程可用Langmuir模型描述。
　　基于ZrP對(duì)Cs(I)表現(xiàn)出的高效去除性能，在常溫下采用原位沉淀法制備以D001為載體的納米磷酸鋯基雜化材料ZrP-D001，以解決在實(shí)際應(yīng)用中ZrP粉體難以固液分離的問題。隨著ZrP負(fù)載量的增加，ZrP由樹脂外層向內(nèi)層孔道擴(kuò)散，

4、直至均勻分布于整個(gè)樹脂球的全部孔道。與D001相比，ZrP-D001對(duì)Cs(I)表現(xiàn)出更強(qiáng)的選擇能力，當(dāng)Ca/Cs(mol/mol)達(dá)到32時(shí)，D001對(duì)Cs(I)的去除率降為0，而ZrP-D001的去除量仍為23.45%。由XRD和FTIR分析可知，Cs(I)與ZrP-D001上的ZrP特異性結(jié)合，生成Cs2Zr(PO4)和CsZr(PO4)2?xH2O。XPS圖譜表明，ZrP-D001對(duì)Cs(I)的去除存在ZrP與D001的協(xié)同作用

5、；當(dāng)Ca/Cs(mol/mol)由0增加到0.3時(shí)，ZrP-Cs:D001-Cs的峰面積由1:3增加到4:1，說明不存在競(jìng)爭(zhēng)離子時(shí)，雜化材料中的D001對(duì)Cs(I)去除起主導(dǎo)作用；而當(dāng)模擬廢水中Cs(I)與Ca(II)共存時(shí)，ZrP成為Cs(I)主要的離子交換劑。
　　動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表明，在初始30min內(nèi)，ZrP-D001對(duì)Cs(I)的去除速率顯著高于D001，90min時(shí)達(dá)到平衡，去除率達(dá)到81%；吸附過程符合偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型

6、（R2＝0.9901）。同時(shí)，由于D001中的磺酸基在微環(huán)境下對(duì)Cs(I)的富集效應(yīng)，動(dòng)力學(xué)平衡時(shí)ZrP-D001對(duì)Cs(I)的去除率達(dá)到了81%，比ZrP的最大去除率提高了2.45倍。在pH為4到10的范圍內(nèi)，ZrP-D001對(duì)Cs(I)的去除率均大于95%，說明ZrP-D001可適應(yīng)極寬pH值范圍的Cs(I)分離過程。較低的溫度有利于Cs(I)的去除。固定床試驗(yàn)結(jié)果表明，發(fā)生穿透時(shí)ZrP-D001的處理水量為D001的10倍，表明了