新型硅基复合材料的设计及从酸性废液中高效分离钯的研究

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钯是一种重要的铂族金属,具有优异的物理化学性质,被广泛应用于汽车制造、工业催化、石油化工、航空航天等各个行业。由于钯在自然界中的储量有限,所以有必要从二次资源中对钯进行回收和再利用。与沉淀法、萃取法等传统方法相比,吸附法操作简单,成本低,是一种高效回收钯的技术。本文设计制备了两种新型的硅基复合材料用于电镀废液和乏燃料后处理产生的高放废液(HLLW)中钯的分离回收。电镀废液成分复杂,钯作为一种反应敏化剂直接排放会通过食物链富集,从而严重影响人体的免疫系统。核能作为一种清洁、高效的新型能源,受到许多国家的青睐,然而在核设施运行期间产生的乏燃料中含有大量的钯,会影响高放废液的玻璃固化过程,因此有必要在玻璃固化过程之前去除钯。综上所述,从含钯废液中回收钯的研究是很有意义的。本文的主要研究结果如下:(1)因为钯属于软酸,含羧基、氮官能团的配体对其具有很强的亲和力和很高的选择性。本文以丙烯酸、2-乙烯基吡啶为单体通过原位聚合法制备了两种名为SiAaC和Si Vp C的硅基复合材料,通过BET、TG-DSC、SEM-EDS方法对材料的组成和结构进行了表征。(2)将SiAaC树脂应用于模拟电镀废液中钯的分离回收,与传统工业树脂相比,SiAaC树脂具有吸附容量高(121.8 mg/g)、选择性高(SFPd/其他金属>230,0.01 M HNO3溶液)、可重复使用性好(n>5)等优点。SiAaC树脂对Pd(II)的吸附过程符合Langmuir等温线模型和准二级动力学模型。通过动态柱实验得到SiAaC树脂能高效地分离模拟电镀废液中的Pd(II)。此外,FT-IR和XPS分析证明吸附机理是SiAaC树脂上的(-COOH)官能团与Pd(II)之间的离子交换。SiAaC树脂是一种能高效去除模拟电镀废液中低浓度钯的优良材料,并且该研究为离子交换树脂的合成和改性提供了新的策略。(3)将SiVpC树脂应用于模拟高放废液中钯的分离回收,考察了硝酸酸度、SiVpC树脂用量、温度、时间和钯离子浓度对吸附效果的影响。在模拟高放废液中Si Vp C树脂可以选择性吸附钯(SFPd/其他金属=137.6,0.5 M HNO3)。吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型,在120分钟内达到平衡,最大吸附量为38.4 mg/g。吸附的钯可以完全被0.5 M HNO3+0.5 M硫脲解吸,Si Vp C树脂在五次吸附-解吸循环后仍保持良好的吸附性能,具有良好的可重复使用性。此外,Si Vp C树脂通过动态柱分离系统,可以高效地分离模拟HLLW中的钯,具有很大的实际应用潜力。最后,通过FT-IR、XPS分析以及DFT计算得到Si Vp C树脂对钯的吸附机制是通过含氮官能团和溶液中硝酸根与钯进行配位。本论文为制备用于酸性废液中提取钯的材料和相关分离方法提供了极好的思路。
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