磷酸鎂水泥基多孔材料制備及其對(duì)銫、鍶離子吸附性能研究.pdf

1、隨著核能的不斷發(fā)展和應(yīng)用，產(chǎn)生的放射性廢水也越來越多，由于該廢水對(duì)環(huán)境和生物的危害極大，近年以來，放射性廢水的處理受到了很多領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的關(guān)注和研究。
　　放射性廢水的處理主要有化學(xué)沉淀法、蒸發(fā)濃縮法、膜分離法、離子交換法和吸附法等。其中，吸附法以其操作簡單、成本低廉、吸附效率高和固體廢棄物易于固化處理等優(yōu)點(diǎn)成為研究熱點(diǎn)。目前常見的吸附材料主要有沸石類礦物材料、活性炭類材料、化學(xué)合成的磷鉬酸鹽類和亞鐵氰化物材料以及殼聚糖類的高分子

2、材料，但這些材料大多存在穩(wěn)定性差、制備工藝復(fù)雜和固體廢棄物不易固化等缺陷，并且多數(shù)為粉體，容易團(tuán)聚、脫水困難以及不能用于吸附床連續(xù)處理放射性廢水?；诖?，本文以磷酸鎂水泥為基體，采用不同發(fā)泡工藝制備了氣孔連通、孔徑均勻、強(qiáng)度較高的磷酸鎂水泥基多孔材料(MPCPM)，系統(tǒng)研究了發(fā)泡劑種類、泡沫摻量、引氣劑摻量和水固比等因素對(duì)MPCPM氣孔結(jié)構(gòu)、孔徑分布和力學(xué)性能的影響。并以含Cs+、Sr2+的模擬放射性廢水為研究對(duì)象，探討了MPCPM對(duì)C

3、s+、Sr2+的吸附性能，并通過動(dòng)力學(xué)模型和熱力學(xué)模型擬合分析了吸附機(jī)理；為進(jìn)一步提高吸附性能，采用斜發(fā)沸石進(jìn)行改性，并探討了改性后的多孔材料(MPCPM-Z)對(duì)Cs+、Sr2+的吸附性能。
　　研究結(jié)果表明，在物理發(fā)泡工藝下制備的MPCPM平均孔徑為200～400μm、孔隙率為55％～75%、干密度為1000～600kg/m3、抗壓強(qiáng)度為10～1MPa；其中，采用動(dòng)物蛋白發(fā)泡劑(FA)制備的MPCPM強(qiáng)度最高、氣孔形貌最完整，但

4、所有樣品均為封閉氣孔結(jié)構(gòu)；而由自制發(fā)泡劑(FB、FC)所制備的樣品均為連通氣孔結(jié)構(gòu)，具有透水性能。在以金屬鋅粉為引氣劑的化學(xué)發(fā)泡工藝下，制備的MPCPM孔隙率為55%～65%、干密度為1000～780kg/m3、抗壓強(qiáng)度是幾種工藝下最高為14～6MPa、平均孔徑也是幾種工藝中最大為500～900μm但所有樣品均為封閉氣孔結(jié)構(gòu)。在物理化學(xué)聯(lián)合發(fā)泡工藝下，以自制發(fā)泡劑FC、引氣劑Zn粉制備的MPCPM孔隙率為55%～74%、干密度為800～

5、600kg/m3、平均孔徑為150～280μm、抗壓強(qiáng)度為4.5～2MPa，所有樣品都是連通氣孔結(jié)構(gòu)，并且可通過相關(guān)參數(shù)調(diào)控孔徑大小。
　　通過吸附實(shí)驗(yàn)研究，篩選對(duì)Cs+、Sr2+吸附性能最佳的MPCPM的平均孔徑為160μm、孔隙率為69%、干密度為700kg/m3、抗壓強(qiáng)度為3MPa，其制備工藝為物理化學(xué)聯(lián)合發(fā)泡，其制備參數(shù)為M/P為1、發(fā)泡劑、引氣劑摻量分別為1.5%、1.0%，水固比為0.16。
　　當(dāng)MPCPM用量

6、為0.1g/100mL時(shí)，對(duì)Cs+、Sr2+吸附達(dá)到平衡均需要96h，最大飽和吸附容量分別為18.5mg/g、402mg/g，去除率最大分別為32%、96%，吸附過程的動(dòng)力學(xué)模型擬合均符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，熱力學(xué)模型擬合分別符合Freundlich模型、Langmuir模型；表明MPCPM對(duì)Cs+的吸附過程是表面不均勻的多層化學(xué)吸附且是優(yōu)惠吸附，對(duì)Sr2+的吸附過程是表面均勻的單層化學(xué)吸附。此外，酸性環(huán)境和K+、Na+的存在都會(huì)嚴(yán)重影響

7、Cs+、Sr2+的吸附性能。針對(duì)Cs+吸附性能不好的問題，對(duì)MPCPM進(jìn)行了沸石改性，改性后的多孔材料MPCPM-Z對(duì)Cs+吸附性能有顯著提升，在相同條件下，MPCPM-Z對(duì)Cs+的飽和吸附容量達(dá)到28mg/g、去除率達(dá)到75%，其吸附動(dòng)力學(xué)與吸附熱力學(xué)模型與改性之前相同。而MPCPM-Z對(duì)Sr2+的吸附效率卻有一定的降低，相同條件下去除率只有92%，并且吸附熱力學(xué)模型符合Freundlich模型，也即改性后MPCPM-Z對(duì)Sr2+的吸