偕胺肟基海绵状多孔材料的制备及其对铀的吸附性能研究

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资源和环境是人类社会发展中所面临的两个永恒主题。随着现代工业的发展,含复杂成分的工业废污水排放量大幅度增加。寻找一种可高效处理废污水、净化水资源环境的可靠方法已经成为当前研究中的一个急迫问题。铀酰离子作为核工业中最常见的废液所含离子,其放射性和化学毒性对生态环境和人类健康有着巨大威胁。吸附法作为一种处理废液中金属离子的方法,近年来被广泛研究,已经发展得较为成熟。因此开发一种有效的铀废水修复技术的核心问题是研发具有特异性的高效铀吸附剂。另一方面,铀作为核能产业的命脉资源,保障铀资源的充沛是维持核电持续发展的基础。值得注意的是,用吸附法回收得到的铀还可以作为资源再次使用。因此,出于资源开发和环境治理的需求,各种具有特殊吸附性能的材料已经被相继研发。在这些材料中,偕胺肟基材料凭借其与铀特殊的亲和力成为了最具有前景的候选者和水体系中提取铀的主要参与者。然而,在经济效益和吸附性能方面,偕胺肟基材料仍然有很大上升空间。本文以偕胺肟基聚合物为吸附主体材料,以具有亲水性高、易制备、廉价和孔隙结构发达等一系列优点的海藻酸钠作为载体材料,通过物理共混的方式得到一种具有三维网络状多孔结构的海绵基复合材料,并通过钙交联、共价交联的双步交联方式有效提高了吸附材料在模拟海水中的稳定性能。这种操作简单、成本低廉、不使用有机溶剂的材料制备方法容易实现在大规模工业生产中的应用。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)等仪器对吸附材料结构和性能进行表征和分析。开发了一套循环流动装置模拟海浪波动以用于材料吸附性能和效果的测试实验中。通过对吸附实验的结果进行动力学拟合与分析,分析了该复合材料对铀酰离子的的吸附机理。通过在模拟海水中掺杂各种竞争金属离子,研究了复合材料的吸附特异性和选择性。实验结果表明该海绵基复合材料的饱和吸附容量可达到718.38±12.38 mg·g-1,经过4次吸附-脱附循环实验后,吸附量仍能达到312 mg·g-1,在流动海水中表现出优异的化学稳定性和机械性能。吸附平衡时间为12 h,吸附过程遵循伪二级动力学和Langmuir等温方程。
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