生物炭材料在放射性核素吸附應(yīng)用中的研究.pdf

1、隨著民用核工業(yè)的發(fā)展，“核污染”日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。開(kāi)展吸附界面研究有助于人們深入了解放射性核素在在環(huán)境中的遷移規(guī)律，從而對(duì)它們進(jìn)行有效地處理和管控。生物炭是一類(lèi)新型的碳材料，具有來(lái)源廣泛、成本低廉、吸附容量大等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在環(huán)境去污方面展示出巨大的潛力。然而，它在環(huán)境放射化學(xué)中的應(yīng)用研究仍相當(dāng)有限。
　　本論文采用靜態(tài)實(shí)驗(yàn)法，研究了常見(jiàn)放射性核素(U-238、Ni-63和Cu-64)在生物炭材料（生物炭@蒙脫石和碳納米纖維）

2、上吸附行為，通過(guò)表面配位模型研究了表面反應(yīng)的機(jī)理，通過(guò)先進(jìn)光譜技術(shù)研究了表面物種的結(jié)構(gòu)。
　　本論文的主要結(jié)論如下:
　　1.U(Ⅵ)在生物炭@蒙脫石上的吸附。
　　用葡糖糖和蒙脫石為原料制備了生物炭@蒙脫石，考察了接觸時(shí)間、離子強(qiáng)度、pH、初始濃度和溫度對(duì)U(Ⅵ)吸附的影響。研究發(fā)現(xiàn)，吸附反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，其動(dòng)力學(xué)過(guò)程可用假二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程描述。pH對(duì)吸附有顯著影響，當(dāng)pH＜6時(shí)，吸附隨pH升高而增大;當(dāng)pH＞6時(shí)，吸附

3、隨pH升高而降低。吸附等溫線符合Langmuir方程，室溫下的飽和吸附容量為66.22 mg·g-1。U(Ⅵ)在生物炭@蒙脫石表面形成的是內(nèi)層配合物，離子強(qiáng)度對(duì)吸附邊界和吸附等溫線沒(méi)有影響。XPS光譜表明，Si-O-UO2+、Al-O-UO2+和CO-O-UO2+是主要的表面物種。此外，生物炭@蒙脫石在U(Ⅵ)的吸附應(yīng)用中還具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　2.U(Ⅵ)在碳納米纖維上的吸附。
　　用Te納米線為模板、葡萄糖為碳源，

4、通過(guò)“一步法”制備了碳納米纖維(CNFs)。CNFs很好地繼承了模板的一維形貌和三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其表面有大量的含氧官能團(tuán)，能夠有效地絡(luò)合水溶液中的U(Ⅵ)。DLM模型研究表明，U(Ⅵ)在CNFs表面上形成的是內(nèi)層配合物，在低pH條件下主要為≡SOUO2+和≡XOUO2+，在較高pH下為≡XOUO2OH，在更高pH下為≡SOUO2OH，≡SOUO2(OH)2-以及≡SOUO2(OH)32-。XPS光譜表明，在近中性條件下，電中性配合物(≡X

5、OUO2OH，≡SOUO2OH)和陽(yáng)離子配合物(≡SOUO2+，≡XOUO2+)為主要的物種;XANES和EXAFS光譜表明，吸附的U以+6價(jià)化合物形式存在，在pH為4.5時(shí)主要為內(nèi)層配合物形式，在近中性pH條件下會(huì)形成一定的表面沉淀。研究還發(fā)現(xiàn)，CNFs能夠加速U(Ⅵ)從蒙脫石上解吸，在使用中具有一定的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　XPS光譜表明，在近中性條件下，電中性配合物(≡XOUO2OH，≡SOUO2OH)和陽(yáng)離子配合物(≡SOUO2

6、+，≡XOUO2+)為主要的物種;XANES和EXAFS光譜表明，吸附的U以+6價(jià)化合物形式存在，在pH為4.5時(shí)主要為內(nèi)層配合物形式，在近中性pH條件下會(huì)形成一定的表面沉淀。研究還發(fā)現(xiàn)，CNFs能夠加速U(Ⅵ)從蒙脫石上解吸，在使用中具有一定的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　3.Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)在碳納米纖維上的吸附。
　　CNFs對(duì)Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)都有很好的吸附能力，吸附等溫線可用Langmuir方程定量描述。當(dāng)二者共存時(shí)，

7、它們會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附反應(yīng)，Cu(Ⅱ)的競(jìng)爭(zhēng)能力比Ni(Ⅱ)強(qiáng)。CCM模型研究顯示，Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)在CNFs表面上形成的是內(nèi)層配合物，在低pH條件下主要為≡SOM+(可由FT-IR和XPS光譜佐證)，在較高pH下為≡SOMOH，在更高pH下Cu會(huì)形成≡ SOCu3(OH)4+形式的表面配合物。EXAFS光譜表明，在近中性pH條件下，Ni(Ⅱ)在CNFs表面形成的是內(nèi)層配合物，而在高pH條件下主要形成的是表面沉淀。
　　通過(guò)上述