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核电作为一种清洁能源的和其他化石燃料能源相比,具有资源消耗少、环境影响小、能缓解气候变暖等优点。其中79Se(IV)是核燃料裂变后生成的产物之一,其半衰期长达3.27×105年,具有较强迁移能力。79Se(IV)进入环境后,大多数硒元素以可溶性硒酸盐(Se O42-)和亚硒酸盐(Se O32-)的形式溶解在水体中,对环境造成威胁。经研究表明,纳米铁锰活性材料具有良好的吸附性和反应活性。本研究主要开展了以下工作:首先进行了对纳米铁锰氧化物吸附和固定水中Se(IV)的各个影响因素研究;同时利用X-射线电子能谱仪(XPS)对反应产物进行表征;然后利用化学热力学和动力学理论及数学计算的方法初步探讨了其反应机理,具体结论如下:(1)纳米铁锰氧化物吸附材料投加量为0.1000 g,将材料加进5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L的亚硒酸钠(Na Se O3)溶液中,5 h之后的吸附率分别是99.6%、99.4%、99.1%、94.4%、91.4%。(2)纳米铁锰氧化物材料吸附Se(IV)的反应最适温度是35℃左右,此时的平衡吸附量是84.3700 mg/g。根据阿伦尼乌斯公式计算得出反应活化能Ea=1.9239 k J/mol。(3)随着p H的增大,纳米铁锰氧化物吸附Se(IV)的能力逐渐减弱。p H=10.76时,吸附率最小为8.32%;p H=3.18时,吸附率最大为98.45%。偏酸性的环境条件更利于实验材料对Se(IV)的吸附。(4)添加腐殖酸对于纳米铁锰氧化物材料吸附Se(IV)的效率影响不大。当添加腐殖酸浓度为2.5 mg/L时,此浓度的腐殖酸会与纳米铁锰氧化物材料产生协同作用,从而增大纳米铁锰氧化物材料对Se(IV)的去除率,此时材料吸附率为97.98%;添加腐殖酸浓度为5 mg/L、50 mg/L时,这两种浓度的腐殖酸会与纳米铁锰氧化物材料产生拮抗作用,从而降低纳米铁锰氧化物材料对Se(IV)的去除率,此时材料吸附率为96.47%,95.84%。(5)纳米铁锰氧化物吸附和固定水中Se(IV)的影响因素中,p H对纳米材料吸附和去除水中Se(IV)的影响效果最大,是主要影响因素。(6)通过吸附动力学拟合结果分析得出准二级动力学方程更适合描述纳米铁锰氧化物吸附Se(IV)的过程,吸附过程中化学吸附占有主导地位。可以看出初始浓度越低吸附速率越快。由准二级动力学方程求得不同Se(IV)溶液初始浓度的平衡吸附量分别是12.1359 mg/g、23.5294 mg/g、48.7805 mg/g、70.4225 mg/g、79.3651 mg/g。(7)纳米铁锰氧化物吸附Se(IV)的过程更符合Langmuir型等温线方程,属于单分子层吸附,每个吸附位点只容纳一个Se O32-。35℃时的饱和最大吸附量为133.3333 mg/g。(8)XPS表征结果表明,纳米铁锰氧化物中的铁Fe主要以Fe(III)形式存在,锰Mn主要以锰Mn(IV)的形式存在。纳米铁锰氧化物材料中铁Fe与锰Mn比例为1:2.5;纳米铁锰氧化物中氧元素的化合态主要为M-O(O和金属相连)和M-OH(羟基和金属相连)。去除过程是由于纳米铁锰氧化物表面的羟基与Se(IV)发生静电作用和表面络合作用。(9)在蠕动泵的流速为0.1 m L/min且蠕动泵流速一定的情况下,填加纳米铁锰氧化物材料厚度分别为0.5 cm、1 cm、2 cm时,其吸附量根据材料厚度不同由低到高分别是113.78 mg/g、120.75 mg/g、129.54 mg/g,说明纳米铁锰氧化物材料填加的厚度越厚,到达平衡吸附量前的曲线斜率越小且曲线趋势越平稳,吸附效率越高。通过本次研究可知,纳米铁锰氧化物对水溶液中的Se(IV)去除效果较好,为进一步研究纳米铁锰氧化物去除水溶液中的Se(IV)提供了切实可靠的理论实践依据。