幾種功能化納米材料對(duì)U(Ⅵ)的吸附行為研究.pdf

1、鈾是核能利用過(guò)程（鈾礦開(kāi)采、鈾濃縮、核燃料元件加工、核能發(fā)電、乏燃料后處理及放射性廢物處置等）中的關(guān)鍵元素。U(Ⅵ)在環(huán)境中容易遷移、擴(kuò)散進(jìn)入生物圈，由于其化學(xué)毒性和放射性毒性，進(jìn)入生物圈的鈾將對(duì)生物和環(huán)境安全造成威脅。因此，從核能安全與環(huán)境保護(hù)的角度考慮，開(kāi)發(fā)新型功能材料對(duì)于環(huán)境水體中鈾的去除非常重要。
　　本論文制備了四種功能化納米材料，對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的物理化學(xué)性質(zhì)表征，研究了U(Ⅵ)在這些材料上的吸附行為，考察了pH、吸附劑

2、濃度、離子強(qiáng)度、共存離子、溫度等因素對(duì)功能化納米材料吸附U(Ⅵ)的影響，運(yùn)用Langmuir、Freundlich吸附模型，并借助光譜技術(shù)探討了U(Ⅵ)在功能化納米材料上的吸附機(jī)理。本論文取得的結(jié)果可為鈾污染水體的凈化修復(fù)提供依據(jù)，為核能可持續(xù)發(fā)展和核環(huán)境保護(hù)提供技術(shù)支持。
　　主要研究成果如下：
　　一、制備、表征了琥珀酸功能化納米二氧化硅（SA@SiO2），并考察了其對(duì)水體中U(Ⅵ)的吸附行為。與納米二氧化硅相比較，SA

3、@SiO2對(duì)U(Ⅵ)的吸附容量明顯增強(qiáng)。采用批式法考察了環(huán)境影響因素（如pH、離子強(qiáng)度、吸附劑濃度、共存離子和溫度）對(duì)SA@SiO2吸附U(Ⅵ)的影響，借助X射線光電子能譜探討了吸附機(jī)理。結(jié)果表明，SA@SiO2吸附U(Ⅵ)受pH影響強(qiáng)烈，不受離子強(qiáng)度影響，吸附主要形成內(nèi)層表面絡(luò)合物，共存陽(yáng)離子對(duì)SA@SiO2吸附鈾無(wú)顯著影響，而陰離子影響明顯。不同溫度下的吸附等溫線數(shù)據(jù)表明，吸附過(guò)程為自發(fā)、放熱過(guò)程。當(dāng)pH=4.0±0.1、T=298

4、K，最大吸附容量為44.5mg/g。XPS結(jié)果表明，酰胺與羧酸參與了對(duì)U(Ⅵ)的吸附過(guò)程。SA@SiO2對(duì)鈾具有良好的選擇性，在不降低吸附容量的前提下可循環(huán)利用至少五次。
　　二、制備了兒茶酚衍生物(DAS)和偕胺肟(AO)功能化納米顆粒Fe3O4@ZnO-DAS和Fe3O4@ZnO-AO，采用XRD、SEM、TEM、VSM、元素分析、紅外光譜等方法對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的理化性質(zhì)表征，并考察了對(duì)水溶液中U(Ⅵ)的吸附行為。Fe3O4納米

5、顆粒的直徑約為150nm，包覆ZnO、有機(jī)官能團(tuán)之后發(fā)生了一定程度團(tuán)聚，但納米顆粒球形結(jié)構(gòu)保持不變。pH對(duì)U(Ⅵ)在Fe3O4@ZnO上的吸附影響較大，pH=6.0時(shí)吸附效率最高。Fe3O4@ZnO-AO對(duì)U(Ⅵ)的最大吸附容量為506.9mg/g(pH=6.5,T=25oC)，明顯優(yōu)于Fe3O4@ZnO-DAS(144.2mg/g)。Fe3O4@ZnO-AO對(duì)U(Ⅵ)的吸附過(guò)程為吸熱過(guò)程。Fe3O4@ZnO-AO對(duì)U(Ⅵ)表現(xiàn)出較好的

6、吸附選擇性，XPS結(jié)果表明，吸附過(guò)程中伴有氧化還原反應(yīng)。
　　三、用水熱法制備出Fe3O4球形納米顆粒，在其表面包覆二氧化鈦涂層，并利用偕胺肟官能團(tuán)對(duì)其進(jìn)行表面功能化，得到Fe3O4@TiO2-AO納米顆粒。采用SEM、TEM、XRD、VSM等技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了表征，并考察了對(duì)水溶液中U(Ⅵ)的吸附行為。結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4@TiO2-AO吸附U(Ⅵ)可在250min內(nèi)達(dá)到平衡，在pH6.0-7.5時(shí)吸附能力最佳，F(xiàn)e3O4@TiO2

7、-AO對(duì)U(Ⅵ)的吸附能力隨吸附劑濃度的增大而增大。經(jīng)偕胺肟功能化，F(xiàn)e3O4@TiO2-AO的最大吸附容量比Fe3O4@TiO2高出近一倍。
　　四、用靜電紡絲技術(shù)制備一維鐵基納米纖維，并利用SEM、TEM、XRD、VSM對(duì)所得材料進(jìn)行表征，并考察了鐵基納米纖維的穩(wěn)定性和對(duì)U(Ⅵ)的吸附性能。所得到的鐵基納米纖維為單質(zhì)Fe與Fe(0)TiO3的復(fù)合相，具有較強(qiáng)的磁性。結(jié)果表明，pH>5.0時(shí)鐵基納米纖維具有較好的酸堿穩(wěn)定性，pH