偕胺肟基納米材料的合成及其對(duì)鈾的吸附性能研究.pdf

1、鈾是重要的核燃料資源，同時(shí)也是放射性廢液中主要的污染元素之一。無(wú)論是從能源安全還是從環(huán)境保護(hù)的角度，對(duì)水體中的鈾進(jìn)行有效分離富集都有著很重要的現(xiàn)實(shí)意義。在鈾的眾多分離富集方法中，吸附法因具有成本低廉、工藝簡(jiǎn)單及適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。高效吸附劑的開(kāi)發(fā)無(wú)疑是吸附法在實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵。復(fù)合材料由于可根據(jù)不同用途選擇相應(yīng)基體與功能基團(tuán)進(jìn)行復(fù)合，已成為近年來(lái)對(duì)溶液中的鈾進(jìn)行分離富集的研究熱點(diǎn)。在眾多功能基團(tuán)中，偕胺肟官能團(tuán)由于對(duì)鈾的特殊絡(luò)

2、合能力，被廣泛用于修飾多種多樣的基體材料?；w材料方面，近年來(lái)人們的注意力逐漸轉(zhuǎn)向新興的納米材料。本論文利用偕胺肟官能團(tuán)對(duì)這些年研究得較多的常見(jiàn)納米材料進(jìn)行功能化，合成了如下幾種復(fù)合材料，考察了所合成材料對(duì)鈾的吸附性能，并對(duì)吸附機(jī)理進(jìn)行了分析:
　　1，偕胺肟修飾磁性石墨烯
　　合成了偕胺肟修飾磁性石墨烯(AOMGO)復(fù)合材料，并應(yīng)用于水溶液中鈾的吸附。吸附鈾之后的材料可以在外加磁場(chǎng)下很方便地實(shí)現(xiàn)與液相分離。吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表

3、明吸附過(guò)程可以在2h內(nèi)達(dá)到吸附平衡?？疾炝藀H值、離子強(qiáng)度、共存離子對(duì)鈾吸附的影響。結(jié)果表明，鈾在AOMGO材料表面的吸附受pH值影響顯著，而與離子強(qiáng)度關(guān)系不大。吸附等溫線符合Langmuir模型，在pH=5.0±0.1，T=298 K時(shí)，理論最大吸附量達(dá)到1.197 mmol/g。根據(jù)不同溫度下的吸附等溫線可計(jì)算出吸附過(guò)程的熱力學(xué)參數(shù)，結(jié)果表明鈾在AOMGO材料表面的吸附是自發(fā)的吸熱過(guò)程?？焖俑咝У奈奖憩F(xiàn)表明所合成的AOMGO復(fù)合材

4、料在廢水中鈾的去除以及海水中鈾的提取方面有著很好的應(yīng)用前景。
　　2，偕胺肟修飾二氧化硅包覆的四氧化三鐵
　　合成了偕胺肟修飾二氧化硅包覆的四氧化三鐵微球(Fe3O4@SiO2-AO)復(fù)合材料并進(jìn)行了詳細(xì)表征。合成的Fe3O4@SiO2-AO材料被用于吸附溶液中的鈾，得益于材料中偕胺肟官能團(tuán)對(duì)鈾的絡(luò)合能力，該材料的吸附容量相比于裸的二氧化硅包覆四氧化三鐵微球(Fe3O4@SiO2)得到了很大提高?？疾炝私佑|時(shí)間、pH值、離子

5、強(qiáng)度、干擾離子、鈾起始濃度、溫度對(duì)鈾在Fe3O4@SiO2-AO材料上吸附的影響。pH值對(duì)吸附過(guò)程影響強(qiáng)烈而離子強(qiáng)度則幾乎沒(méi)有影響，表明吸附過(guò)程主要是內(nèi)層絡(luò)合。吸附等溫線與Langmuir模型相吻合，在pH=5.0±0.1，T=298 K時(shí)，理論最大吸附量達(dá)到0.441 mmol/g。負(fù)載鈾之后的材料可以通過(guò)外磁場(chǎng)加以分離，并可通過(guò)1 mol/L的鹽酸處理使吸附劑再生，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。
　　3，偕胺肟功能化的磁性介孔二氧化硅

6、　　在二氧化硅包覆的四氧化三鐵微球表面，利用十六烷基三甲基溴化銨做結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，通過(guò)正硅酸乙酯與2-氰乙基三乙氧基硅烷的共縮聚反應(yīng)包覆介孔二氧化硅層，經(jīng)鹽酸羥胺還原后得到偕胺肟功能化的磁性介孔二氧化硅(MMS-AO)。該材料呈現(xiàn)三明治結(jié)構(gòu)，內(nèi)核為四氧化三鐵，中間層為致密的二氧化硅，最外層為偕胺肟功能化的介孔二氧化硅。得益于介孔結(jié)構(gòu)和偕胺肟功能化，在pH=5.0±0.1，T=298 K時(shí)，MMS-AO材料對(duì)鈾的最大吸附量達(dá)1.165mmol

7、/g，優(yōu)于迄今為止見(jiàn)諸報(bào)道的諸多含磁性粒子材料。相比于未經(jīng)偕胺肟功能化的材料，MMS-AO材料對(duì)鈾的吸附選擇性得到了很大改善。由于二氧化硅層對(duì)四氧化三鐵內(nèi)核的保護(hù)，吸附鈾之后的MMS-AO材料可經(jīng)1 mol/L的鹽酸處理得以再生。結(jié)果表明MMS-AO材料不僅比表面積大，能夠?qū)崿F(xiàn)磁分離，而且磁性核在酸性環(huán)境中有很好的穩(wěn)定性。該材料在實(shí)際水體中鈾的分離富集方面有非常好的應(yīng)用前景。
　　4，偕胺肟功能化的SBA-15型介孔二氧化硅

8、>　　利用Pluronic P123作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，通過(guò)正硅酸乙酯與2-氰乙基三乙氧基硅烷共縮聚，改變其中2-氰乙基三乙氧基硅烷的摩爾比，合成了一系列SBA-15型介孔材料，并用于溶液中鈾的吸附。通過(guò)吸附等溫線和吸附動(dòng)力學(xué)的研究分析了有機(jī)官能團(tuán)引入量對(duì)吸附性能的影響。結(jié)果表明，有機(jī)功能化對(duì)吸附容量與吸附速率的影響都是雙方面的。剛開(kāi)始增加有機(jī)官能團(tuán)含量會(huì)提高吸附性能直至達(dá)到最大值，繼續(xù)增加有機(jī)官能團(tuán)含量則會(huì)引起吸附性能下降。最優(yōu)值對(duì)應(yīng)于材