阿拉尔河水中悬浮物及胶体对铀的吸附和迁移的影响

来源 :中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:liusiyu111
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铀(U)作为典型的放射性元素,是核工业重要的应用材料,对国民经济的持续发展具有重要意义。但是,铀的高放射性和强毒性对人类生存和生态安全来说都是个严重的威胁,因此需要对铀在自然界中的吸附机制和迁移规律进行详细的研究。其中,天然河流中悬浮物及胶体对铀的吸附研究尤为重要。尕斯库勒盐湖位于柴达木盆地西北部,湖水中铀的含量(320ppb)远高于海水平均值(3.2ppb),有着极高的研究价值。而阿拉尔河是其重要的淡水来源,也是铀进入盐湖的重要渠道,所以,本文选择阿拉尔河悬浮物及胶体为研究对象,通过静态吸附实验研究其对铀的吸附作用,研究结果对铀迁移和富集理论的发展起到促进作用,对干旱区盐湖卤水中铀资源的合理开发及污染防治都具有重要的意义。本论文以阿拉尔河悬浮物及胶体为研究对象,通过采用静态吸附法,探讨了反应时间、溶液pH值、温度、铀初始浓度、固液比和Zeta电位等因素对悬浮物及胶体吸附铀的影响,结合悬浮物及胶体的物理化学性质和光谱学手段,辅以多种吸附模型来深入研究作用机理,取得了以下成果:1、运用多种表征手段对阿拉尔河悬浮物的物理化学性质进行了分析。BET(比表面积分析法)分析结果表明,吸附反应的内扩散作用使得悬浮物比表面积减小,但变化不大;XRF(X-射线荧光光谱)结果显示,悬浮物具有较多的铝、铁水合氧化物及少量的锰氧化物与有机质,对铀的吸附能力较强;XRD(X-射线衍射)和FTIR(傅里叶红外光谱)结果表明,悬浮物对铀的主要吸附机制为表面络合吸附,吸附过程中铀主要与悬浮物表面活性基团络合(螯合)形成络合物。吸附过程中起主导作用的基团主要是缔合羟基、羧基、羰基和Si-OH等活性基团。2、悬浮物对铀的吸附在16h后达到平衡,溶液pH值对悬浮物吸附铀影响显著,当pH=57时,吸附能力最佳,最大吸附率达到95.48%。阿拉尔河从上游到下游,温度的升高、pH值的下降、水中铀含量的增加、腐殖酸含量的增加等因素有利于河水中铀的迁移;而矿化度和电导率的升高、河水中Ca2+含量的增加对铀的迁移具有阻碍作用。悬浮物及胶体对铀的迁移受到众多因素的共同影响,其中,吸附时间、pH、水化学特征与铀初始浓度对吸附的影响明显,而温度、矿化度、离子强度、有机质(腐殖酸)含量等因素也制约着悬浮物及胶体对铀的吸附,共同控制着河水中铀的吸附和迁移行为。3、吸附更符合准二级动力学模型,表明吸附不是由单一步骤控制,而是由外部扩散、表面吸附和内部扩散等多个步骤共同控制完成;Langmuir等温吸附模型能很好地描述吸附过程,说明悬浮物是通过单分子层来吸附铀元素的,表面络合吸附占主导地位,且是一个自发进行的吸热过程。4、利用切向流超滤提取了阿拉尔河水中的胶体,并对其开展了铀的静态吸附实验,同时测定胶体的Zeta电位(稳定性),发现pH是影响胶体吸附铀的最主要因素,这主要与不同pH条件下胶体的稳定性变化有关,胶体对铀的吸附率与其稳定性具有较好的对应关系。5、用重铬酸钾氧化滴定法对悬浮物中腐殖酸的含量进行了测定,其含量为0.517%,并研究了腐殖酸在不同条件下对铀的静态吸附,发现其与悬浮物对铀的吸附具有良好的一致性,在悬浮物吸附铀的过程中起到促进作用。
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