镁铁水滑石制备及其废水中铀吸附性能研究

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铀矿开采过程中产生的含铀废水会对矿山周边的生态环境和人类的健康造成危害。水滑石(LDHs)材料具有优异的层状结构、层间阴离子可交换性及金属层板的可调控性而被广泛应用于环境污染治理领域。本论文通过水热合成法制备了镁铁水滑石(Mg-Fe LDH),采用SEM、TEM和XRD等表征手段对材料的微观形貌、物相组成等进行了分析,研究了Mg-Fe LDH对铀的吸附性能与吸附机理,探讨了制备条件和不同影响因素对Mg-Fe LDH铀吸附性能的影响。主要认识如下:(1)SEM、TEM、EDS、XRD等表征结果表明Mg-Fe LDH材料具有典型的层状结构,晶片尺寸大小在20 nm左右,晶相结构均匀完整,借助FT-IR和XPS表征技术发现Mg-Fe LDH中含有Mg-O金属含氧键和层间-OH、CO32-等非金属含氧官能团,为含铀废水中铀酰离子的吸附提供了大量的活性位点。Mg-Fe LDH材料铀吸附性能优于Fe(OH)3、Mg(OH)2,在镁/铁摩尔比为3:1、pH=12、温度为150℃、制备时间为2 h条件下合成的Mg-Fe LDH对5mg/L铀溶液去除率高达98.89%。(2)研究了镁/铁摩尔比、pH、温度、反应时间等不同制备因素对Mg-Fe LDH材料吸附性能的影响,结果表明镁铁摩尔比对材料吸附性能影响最大,在镁/铁摩尔比为4:1、pH为12.0、温度为180℃、反应时间为3 h的最佳条件下制备的Mg-Fe LDH材料对铀的实际饱和吸附容量达到710mg/g,Mg-Fe LDH的铀吸附性能优于相关文献中报道的同类水滑石材料。(3)开展了pH、Mg-Fe LDH投加量和铀初始浓度等因素影响铀吸附去除率的研究,结果表明在铀初始浓度为50 mg/L、pH为5.0、Mg-Fe LDH投加量为0.3 g/L条件下,吸附2 h后铀去除率高达95.01%,吸附过程符合Langmuir模型和准二级动力学模型,表明吸附属于单分子层化学吸附过程。(4)研究了Mg-Fe LDH材料对铀矿山含铀废水的处理效果,结果表明在铀浓度为2.799 mg/L、pH为5.0、Mg-Fe LDH投加量为0.3 g/L条件下,吸附15 min后铀去除率达98.28%。含铀废水中共存Ca2+、Al3+、Mg2+、Fe3+吸附效率较低,表明Mg-Fe LDH对废水中U(Ⅵ)具有选择吸附特性。采用碳酸钠作为洗脱剂进行洗脱循环重复利用5次后,铀的去除效率为82.14%,说明Mg-Fe LDH材料具有较好的吸附稳定性。综上可知,论文研究成果可为含铀废水的高效绿色处理提供理论和技术参考。
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