有机改性介孔二氧化硅对U(Ⅵ)的吸附行为研究

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铀是核工业中的重要元素,广泛存在于核燃料和核废料中。作为一种重要的具有化学毒性和放射性的元素,铀在人体内的蓄积会造成不可逆的肾毒性。因此,人们急切的需要寻找从水和放射性废液中去除铀的方法。其中吸附法因简单,迅速,可重复性使用等优点被广范研究。本文使用嫁接法,以介孔二氧化硅SBA-15为基质,分别合成了三种SBA-15的亚胺二羧酸衍生物(SBA-15-ethylenediaminetriacetic acid (SBA-15-ED3A), SBA-15-diethylenetriaminetetraacetic acid (SBA-15-DT4A)和SBA-15-1,2-cyclohexylenedinitrilotriacetic acid (SBA-15-CyD3A))以及两种SBA-15的膦酸衍生物(SBA-15-diethylethylphosphonate (SBA-15-DEP)和SBA-15-ethylphosphonic acid(SBA-15-PA)),并使用红外傅里叶光谱(FT-IR),固体碳核磁(13C CP-MAS NMR),透射电子显微镜(TEM),氮气吸附/脱附和元素分析等手段对它们进行了表征。实验结果表明:我们用嫁接法成功制得了SBA-15-ED3A, SBA-15-DT4A, SBA-15-CyD3A, SBA-15-DEP和SBA-15-PA。以SBA-15和SBA-15的亚氨二羧酸及膦酸衍生物为吸附剂,使用静态吸附法研究了溶液中的pH值、离子强度、吸附时间、固液比、U(VI)浓度、温度、共存离子对铀吸附的影响,并使用动力学模型(假一级动力学模型,假二级动力学模型)和热力学模型(兰格缪尔吸附模型,弗兰德里希吸附模型)进行了拟合,计算出了相应的动力学和热力学参数。本文的研究结果如下:(1)SBA-15及其亚胺二羧酸衍生物对U(VI)的吸附行为研究:亚氨二羧酸衍生物修饰后的SBA-15对U(VI)的吸附性能均好于修饰前。有机修饰前后的SBA-15对于U(VI)的吸附率随pH变化显著,并且形成的都是内圈配合物。所有吸附剂对U(VI)的吸附均遵循假二级动力学模型。有机修饰前的SBA-15的吸附等温线符合弗兰德里希吸附模型,但有机修饰后的SBA-15的吸附等温线更符合兰格缪尔吸附模型。SBA-15-ED3A和SBA-15-DT4A因为结构相似,表现出了相似的吸附性能。虽然SBA-15-CyD3A的最大吸附容量小于SBA-15-ED3A和SBA-15-DT4A,但是在有干扰离子存在的情况下对于U(VI)的选择性最好,在U(VI)的选择性分离领域具有潜在的应用价值。(2)SBA-15及其膦酸衍生物对U(VI)的吸附行为研究:SBA-15修饰前后对U(VI)的吸附均随pH变化显著,随着pH增加U(VI)的吸附率上升,并且形成的都是内圈配合物。随着温度上升,SBA-15对U(VI)的吸附率上升,SBA-15-DEP和SBA-15-PA对U(VI)的吸附率降低。SBA-15的膦酸衍生物的吸附等温线更符合兰格缪尔吸附模型,表明吸附过程更符合于单层化学吸附;未修饰的SBA-15的吸附等温线更符合弗兰德里希吸附模型,表明吸附过程中不同吸附位点具有的能量不同。SBA-15-PA对U(VI)不仅具有很大的吸附容量,在干扰离子存在的情况下表现出了很强的选择吸附性能,而且可重复使用性能良好,在U(VI)的选择性分离领域具有潜在的应用价值。
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