新型功能化吸附劑的制備及其吸附鈾的試驗(yàn)研究.pdf

1、鈾作為核燃料的主要成分，又是國防建設(shè)所必需的戰(zhàn)略物質(zhì)。為了滿足核能快速發(fā)展和國防建設(shè)（核軍工）的需求，仍然需要加大對鈾礦資源的開采和選冶力度。然而，在鈾礦資源開采和選冶過程中產(chǎn)生大量的含鈾廢水，將改變鈾礦廠周圍環(huán)境的本底輻射而致使物種基因畸變，對人類的生存和社會發(fā)展將構(gòu)成潛在威脅，也將給人們身體健康和國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成不利影響。因此，尋求吸附性能好、再生能力強(qiáng)和制備成本低的新型功能化吸附劑，顯得十分重要。
　　本論文基于鈾酰離子特殊

2、的空間配位結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，構(gòu)筑了一系列具有環(huán)境友好、吸附性能好、能重復(fù)利用的新型功能化吸附劑材料，并借助紅外光譜(FTIR)、掃描電鏡(SEM)、X射線粉末衍射(XRD)和N2吸附-脫附實(shí)驗(yàn)等手段對所得的各種吸附劑進(jìn)行了表征研究。以鈾礦冶模擬含鈾廢水作為研究對象，利用靜態(tài)吸附試驗(yàn)法進(jìn)行了一系列含鈾廢水的吸附實(shí)驗(yàn)，考察了各種影響因素對吸附劑吸附鈾的性能影響，并對吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用吸附動/熱力學(xué)模型和等溫線模型進(jìn)行了分析和討論，取得了較好的研究成

3、果。論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)提出了一種胱氨酸化學(xué)修飾啤酒酵母菌SC的新方法，構(gòu)筑了一種新型的功能化生物吸附劑MSC。通過靜態(tài)吸附試驗(yàn)法分別研究了SC和MSC對鈾的吸附特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SC和MSC在pH值均為6.0時達(dá)到最大鈾吸附量，MSC的最大吸附量q∞是SC的6.5倍。動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)SC和MSC吸附鈾在1.0h就完成了80％的吸附量，在1.5h左右均可達(dá)到吸附平衡，而且準(zhǔn)二級反應(yīng)動力學(xué)模型能更好的描述了SC和M

4、SC對鈾的吸附過程。同時，Langmuir和Freundlich等溫線模型能夠描述SC和MSC吸附鈾的行為，這一結(jié)果說明此吸附過程是單層覆蓋和多層吸附相結(jié)合的。通過對SC和MSC解吸實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)SC和MSC均具有較好的再生性能，進(jìn)行8次吸附解吸后吸附能力沒有下降明顯，說明吸附劑SC和MSC可以多次重復(fù)利用。
　　(2)研究了新型環(huán)保且經(jīng)濟(jì)的納米Fe3O4粒子制備方法，并提出了納米Fe3O4粒子表面功能化改性的新方法。采用靜態(tài)吸附法對

5、比研究了納米Fe3O4粒子和表面氨基功能化磁性吸附劑Fe3O4-NH2對鈾的吸附特性。結(jié)果顯示，納米Fe3O4粒子和Fe3O4-NH2納米顆粒吸附鈾的最佳條件是:pH值分別是5.0、6.0;鈾的初始濃度均為5.0mg/L;吸附時間均為1.0h;反應(yīng)溫度均為常溫條件下(25℃)。動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)二級模型都可對納米Fe3O4粒子和Fe3O4-NH2納米顆粒吸附鈾的過程進(jìn)行有效表達(dá);熱力學(xué)研究結(jié)果表明，納米Fe3O4粒子和Fe3O4-NH2納

6、米顆粒吸附鈾的過程都是自發(fā)的、吸熱過程，且Fe3O4-NH2納米顆粒比納米Fe3O4粒子對鈾的吸附能力有所提高;吸附解吸實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明納米Fe3O4粒子和Fe3O4-NH2納米顆粒的再生性能較好，進(jìn)行6次吸附解吸實(shí)驗(yàn)后對鈾的吸附率均仍可達(dá)80％以上。
　　(3)通過包含大量氨基、羧基和羥基等功能團(tuán)的磁性納米Fe3O4粒子，與氯乙酰修飾后的啤酒酵母菌表面的羧基、羥基發(fā)生O-?；磻?yīng)和氨基發(fā)生N-酰化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了納米Fe3O4粒子與啤

7、酒酵母菌“接枝負(fù)載”，得到一種新型功能化吸附劑—納米Fe3O4負(fù)載啤酒酵母菌(Nano-Fe3O4 loading saccharomycescerevisiae，NFSC)，并對吸附劑NFSC吸附鈾的行為和機(jī)理進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:NFSC在溶液pH值7.0、鈾初始濃度5.0 mg/L、吸附劑投入量20mg以及NFSC粒徑大小12nm條件下，對鈾的吸附性能最好。動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)二級反應(yīng)模型比準(zhǔn)一級模型更能有效擬合NFSC吸附鈾的過程

8、。通過研究等溫線模型發(fā)現(xiàn)NFSC吸附鈾過程均能使用Langmuir和Freundlich模型進(jìn)行描述。吸附劑NFSC進(jìn)行8次吸附解吸實(shí)驗(yàn)后，對鈾的吸附率均仍可達(dá)90％以上。
　　(4)以FeCl3·6H2O為鐵源，二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷(PTS)和氨丙基三乙氧基硅烷(APS)為有機(jī)改性基團(tuán)，提出了對介孔氧化硅SBA-15進(jìn)行功能化改性新方法，得到了一種新型功能化磁性介孔氧化硅G-PA-SBA-15。研究了溶液pH值、反應(yīng)時間、

9、鈾初始濃度和溫度等因素對吸附鈾的影響。結(jié)果顯示:G-PA-SBA-15吸附鈾達(dá)到最大吸附量時的pH值均為6.0;反應(yīng)時間為1.0h;鈾的初始濃度為20mg/L;吸附反應(yīng)溫度為25℃。動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)吸附劑G-PA-SBA-15吸附鈾過程可以采用準(zhǔn)二級反應(yīng)動力學(xué)模型進(jìn)行描述。等溫線模型研究結(jié)果表明G-PA-SBA-15吸附鈾的行為符合Langmuir吸附等溫模型。吸附劑G-PA-SBA-15分別使用0.1mol/L的HCl、NaOH和EDT