基于吸附鈾酰離子的植酸改性真菌材料的制備、表征及性能研究.pdf

1、隨著核工業(yè)的迅速發(fā)展，含鈾廢水的排放量也迅速增多，這將對人類和環(huán)境造成嚴(yán)重危害，因此如何處理含鈾廢水是目前治理環(huán)境問題所面臨的重大問題之一。目前國內(nèi)外處理含鈾廢水的主要方法有物理法、化學(xué)處理法和吸附法，但因這些方法自身仍存在很多缺陷，如成本高、易造成二次污染、吸附量不大或選擇性不好等，而改性生物材料技術(shù)和離子印跡技術(shù)以其吸附容量大、選擇性好等優(yōu)勢逐漸得到人們關(guān)注。本論文基于鈾酰離子配位原理，從構(gòu)筑富含磷酸功能化基團的吸附劑出發(fā)，以快速高

2、效處理廢水中的鈾為目標(biāo)，制備了植酸改性真菌(PA-ZZF51)和植酸硅醚修飾海洋兼性真菌的鈾酰離子印跡材料(U(VI)-IIP)兩種不同的吸附劑，采用紅外光譜、掃描電鏡和比表面測試儀等測試儀器對所得吸附劑進行了特征表征，并分別考察了各因素對這兩種吸附劑吸附性能的影響，探究了吸附劑的重復(fù)性和選擇性，且對吸附實驗結(jié)果進行了吸附動力學(xué)和吸附等溫線模型分析。主要內(nèi)容如下：
　　論文第一章對含鈾廢水的來源、特征、危害、處理方法及植酸的理化性

3、質(zhì)、特征應(yīng)用進行了介紹，分析了化學(xué)改性生物吸附劑和金屬離子印跡聚合物的研究現(xiàn)狀，同時對論文的研究意義、主要內(nèi)容及創(chuàng)新之處進行了闡述。
　　論文第二章簡介了實驗過程中需用到的試劑、儀器，真菌的培養(yǎng)和收集過程，吸附劑的制備方向、表征方法及詳細的吸附實驗方法，吸附的動力學(xué)模型和吸附等溫模型。
　　論文第三章用植酸作改性試劑，制備了植酸改性真菌 PA-ZZF51生物吸附劑，并用紅外光譜和掃描電鏡對改性前后及吸附前后的受試菌進行表征分

4、析其吸附機理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PA-ZZF51表面變粗糙，結(jié)合位點和孔隙增多，吸附過程中羧基、氨基、磷酸酯基等基團均參與了鈾的吸附過程，吸附后表面變光滑且孔隙減少，說明植酸成功接枝到真菌上并參與了吸附。吸附實驗表明吸附劑PA-ZZF51與未改性真菌相比，對U(VI)的吸附效果顯著增加，當(dāng)溶液pH5.0，固液比0.2，反應(yīng)時間45 min、初始鈾溶度100 mg g-1時吸附量達最大值453.7 mg g-1，是未改性真菌的20.9倍。重復(fù)性實驗

5、表明吸附劑PA-ZZF51有良好的再生性能，可多次重復(fù)利用，其中用解吸劑HNO3和HCl進行5次循環(huán)實驗的脫附率仍在90％以上。動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)用準(zhǔn)二級動力學(xué)方程計算得到的理論吸附容量與實際值更接近，線性相關(guān)系數(shù)高達0.995，表明準(zhǔn)二級動力學(xué)模型能更好地描述PA-ZZF51對鈾的吸附過程；同時通過研究等溫吸附模型發(fā)現(xiàn) Langmuir等溫方程的線性擬合相關(guān)系數(shù)為0.9967，表明PA-ZZF51吸附鈾的過程符合Langmuir等溫吸附模

6、型。
　　論文第四章以菌粉為基體，植酸為功能單體，UO22+為模板離子， TEOS為交聯(lián)劑，采用溶膠-凝膠技術(shù)制備了鈾(VI)離子印跡聚合物(U(VI)-IIP)，并利用紅外光譜、掃描電鏡和比表面分析儀對U(VI)-IIP進行了特征表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)紅外圖譜上出現(xiàn)明顯的 P=O伸縮振動峰， P-O伸縮振動峰，Si-O-Si對稱伸縮、彎曲振動峰等，表面呈分散的微球狀且有多孔，經(jīng)吸附后，多孔狀結(jié)構(gòu)減少，均勻粒子空穴基本被填滿，制備材料U(

7、VI)-IIP與NIP相比，比表面積和孔容大，但平均孔徑小，表明 U(VI)-IIP已成功制備且表面存在 U(VI)離子相應(yīng)的特異性識別印跡位點，吸附能力增強。
　　為了科學(xué)地反映出影響吸附鈾的主要因素，論文首先用單因素實驗探究了溶液 pH、固液比、反應(yīng)時間及初始鈾濃度對鈾吸附容量的影響，然后再以單因素實驗結(jié)果為參考，應(yīng)用響應(yīng)面BBD法對吸附條件進行了優(yōu)化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用單因素法當(dāng)溶液pH6.0、固液比0.4、反應(yīng)時間60 min

8、、初始鈾濃度50 mg L-1時吸附量達到最大值114.44 mgg-1；采用響應(yīng)面BBD法當(dāng)溶液pH5.79、固液比0.37、反應(yīng)時間65.25 min、初始鈾濃度52.35 mg L-1時吸附量達到最大值119.805 mg/g，兩者差距不大，當(dāng)然使用響應(yīng)面BBD法既考慮了單個因素對吸附的影響，又模擬了交互項對吸附的影響，并有等高線圖和三維立體響應(yīng)曲面圖可直觀看出交互影響和吸附量最大值位置，表明利用響應(yīng)面 BBD法優(yōu)化吸附條件科學(xué)合

9、理。重復(fù)性實驗發(fā)現(xiàn)U(VI)-IIP用EDTA進行5次循環(huán)實驗后對鈾的脫附率仍高于90%，表明U(VI)-IIP穩(wěn)定性好，可多次重復(fù)使用。選擇性實驗發(fā)現(xiàn)U(VI)-IIP對Th(IV)和Cu(II)的相對選擇系數(shù)分別為1.87和1.85，表明U(VI)-IIP對 U(VI)有一定的專一識別能力，具有良好的選擇吸附性。動力學(xué)分析表明，U(VI)-IIP對 U(VI)的吸附更適合用準(zhǔn)二級動力學(xué)方程描述，吸附速率主要由化學(xué)吸附所控制；同時通過