【摘 要】
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铀水冶产生的含铀废水对生态环境造成潜在威胁。吸附法处理含铀废水工艺简单,吸附效率高。寻求成本低廉且性能高效的铀吸附剂是当前研究热点。生物炭易于制备、稳定性好,但是其铀吸附效率较低、吸附选择性较差,需对其进行改性。磷酸基团对铀表现出特异性配位作用且植酸具有磷酸基团负载量高等优点。因此,本文基于以废治废的理念,利用芦荟叶废弃物和植酸热解制备高磷酸基团含量的芦荟生物炭,并探究其吸附水中U(Ⅵ)的性能和机
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铀水冶产生的含铀废水对生态环境造成潜在威胁。吸附法处理含铀废水工艺简单,吸附效率高。寻求成本低廉且性能高效的铀吸附剂是当前研究热点。生物炭易于制备、稳定性好,但是其铀吸附效率较低、吸附选择性较差,需对其进行改性。磷酸基团对铀表现出特异性配位作用且植酸具有磷酸基团负载量高等优点。因此,本文基于以废治废的理念,利用芦荟叶废弃物和植酸热解制备高磷酸基团含量的芦荟生物炭,并探究其吸附水中U(Ⅵ)的性能和机理。通过高温热解制备了植酸改性芦荟生物炭(PBC)和芦荟生物炭(BC)。与BC相比,PBC表面孔隙更发达。PBC比表面积为577.31m~2/g,是BC的100多倍。BC表面的含氧官能团极为丰富,BC的O/C为0.246,高于以前报道过的生物炭材料。PBC中P的原子比为1.46%,高于许多报道中的磷酸功能化生物炭。相比于BC,PBC的铀去除率提升了24.18%。当温度为30℃、投加量为0.3 g/L、初始浓度为10 mg/L、p H为4、吸附时间为2 h,PBC对水中U(Ⅵ)的最大去除率为95.40%。PBC最大U(Ⅵ)吸附容量为272.6 mg/g。它对U(Ⅵ)有较好选择性吸附能力且在p H=2-6范围内展现出优异的吸附性能。经过5次再生循环后,其吸附量仅降低了8.02%。响应面优化试验条件下:温度为30℃、投加量为0.3 g/L、初始浓度为10 mg/L、p H为4.1、吸附时间为2 h时PBC对水中U(Ⅵ)的最大去除率为97.95%。PBC去除水中U(Ⅵ)是化学吸附过程。其吸附水中U(Ⅵ)的机理主要包括磷酸基团与U(Ⅵ)共沉淀反应以及PBC表面含氧官能团(羟基、羧基、磷酸基团)与U(Ⅵ)的络合反应,其中磷酸基团中的P=O和P-O与U(Ⅵ)络合反应形成P-O-U配位键。为了进一步提高PBC材料的稳定性及除铀性能,所以将假单胞菌负载到PBC表面制备了假单胞菌强化PBC材料(P/PBC)。其最大U(VI)吸附容量为1028.13 mg/g,约为PBC的3.7倍。P/PBC在水中的磷滞留量为0.99 mg/L,相比于PBC(9.92 mg/L)明显降低。这可能是由于假单胞菌在PBC表面形成了EPS钝化层,使得PBC表面磷酸基团更加稳固。本文成功制备了生物炭基吸附剂,其具有吸附废水中U(Ⅵ)的应用潜力。本研究促进了芦荟废弃物的合理利用,并为磷酸功能化生物炭材料的开发、强化及其对水中U(Ⅵ)的去除提供了理论和技术基础。
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