【摘要】：隨著環(huán)境污染和能源短缺問題的加劇,迫切需要開發(fā)清潔能源。核能是綠色可靠安全能源,鈾是核能的重要原料,核能的快速發(fā)展,急需解決兩個(gè)問題,一是鈾資源短缺,鈾在陸地上的儲量有限,而海水中含有大量的鈾資源;二是含鈾廢液的排放造成的環(huán)境污染,未經(jīng)處理的含鈾廢液排放到環(huán)境中會嚴(yán)重破壞生態(tài)系統(tǒng)、損害人體健康。因此,積極開展海水提鈾吸附材料的研發(fā)以及含鈾廢液處理技術(shù)具有重要的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。羥基氧化鐵(FeOOH)是一類重要的鐵氧化物,廣泛存在于土壤、水體沉積物等環(huán)境介質(zhì)中,在海水提鈾和含鈾廢液處理方面有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本文以三種不同形貌的FeOOH為主體合成了三種高性能的提鈾用吸附材料,采用靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究了在不同實(shí)驗(yàn)條件下(pH、時(shí)間、溫度和濃度等)所合成材料對鈾的吸附性能,結(jié)合吸附動力學(xué)模型、吸附等溫線模型和熱力學(xué)函數(shù)探究吸附劑的吸附行為;同時(shí)考察吸附劑對鈾的吸附選擇性和吸附劑的脫附性、循環(huán)再生性能。采用犧牲模板法成功制備由2D FeOOH納米片自組裝形成的FeOOH空心微盒。所合成的產(chǎn)物為纖鐵礦型γ-FeOOH,具有規(guī)則的立方體結(jié)構(gòu)。吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,FeOOH空心微盒的最佳吸附pH為8.0,吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)方程,吸附等溫線符合Langmuir模型,并且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性;其對模擬海水中的鈾的去除率在90%以上。結(jié)合XPS分析,推測FeOOH以Fe-O-UO_2~(2+)和氫鍵的方式實(shí)現(xiàn)對鈾的吸附和固定作用。采用共沉淀法合成3D花狀FeOOH納米材料。以FeOOH為基底,通過原位乳液聚合制備偕胺肟聚丙烯腈/FeOOH復(fù)合物(FeOOH/APAN)。FeOOH/APAN比FeOOH具有更高的吸附容量,其吸附等溫線符合Langmuir模型,吸附動力學(xué)較好的符合準(zhǔn)二級模型,對鈾具有優(yōu)異的吸附選擇性,并且FeOOH/APAN對模擬海水中鈾的去除率超過92%。通過XPS分析,推測偕胺肟基團(tuán)中肟氧和肟氮參與了與鈾的配位,提出η~2配位可能是FeOOH/APAN與鈾結(jié)合的主要方式。采用溶劑熱法制備出海膽狀FeOOH空心微球。通過與聚乙烯亞胺(PEI)復(fù)合得到FeOOH/PEI吸附材料。該材料的最佳吸附pH為7.0,吸附動力學(xué)符合準(zhǔn)二級方程,吸附等溫線符合Langmuir模型,具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和吸附選擇性;在接近真實(shí)海水環(huán)境的吸附測試中,發(fā)現(xiàn)FeOOH/PEI對低濃度的鈾具有良好的去除率。根據(jù)XPS分析,胺基基團(tuán)在鈾吸附過程中起到重要作用,通過靜電作用/氫鍵和絡(luò)合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對鈾的吸附。 【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O647.3;P746;X771

【圖文】：

(γ-FeOOH)和六方纖鐵礦(δ-FeOOH)等多種同質(zhì)多相體形式存在。不同晶型的 FeOOH 在顏色、晶體結(jié)構(gòu)和磁性等方面存在差異，其具體物性參數(shù)如表 1 所示。表 1.1 FeOOH 的基本物性參數(shù)種類 中文名稱 英文名稱 晶體結(jié)構(gòu) 磁性 顏色α-FeOOH 針鐵礦 Goethite 正交晶系 反磁性 黃褐色β-FeOOH 四方纖鐵礦 Akaganeite 四方晶系 反磁性 橙黃色γ-FeOOH 纖鐵礦 Lepidocrocite 正交晶系 反磁性 紅至紅褐色δ-FeOOH 六方纖鐵礦 Feroxyhyte 六方晶系 鐵磁性 棕色α-FeOOH 為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，β-FeOOH 結(jié)構(gòu)類似于 α-MnO2或 BaMn8O16，而 γ-FeOOH 為鋸齒型層狀結(jié)構(gòu)(晶體結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示)。FeOOH 形貌多樣化有針狀、棒狀、紡錘狀、片狀或球狀等，制備方法通常有水解法、水熱法、沉淀法和亞鐵氧化法等。制備過程中鐵鹽和沉淀劑的種類，反應(yīng)條件(溫度、時(shí)間、pH 等)、反應(yīng)物濃度以及表面活性劑的添加和用量均會對最終產(chǎn)物的形貌、尺寸和晶型產(chǎn)生重要影響，相應(yīng)的形成機(jī)理也不完全相同。

于其含有更豐富的鈣和其它微量元素，能夠快速溶解并且具有較高的緩沖能力，能夠保持溶液 pH 值的穩(wěn)定。量取 50 mL 模擬海水溶液，加入到 150 mL 的錐形瓶中，之后加入 0.05 g 制備的吸附材料，25 ℃下恒溫振蕩 12 h，離心，用 ICP 測定上清液中鈾的濃度，，利用公式 3-2 計(jì)算吸附劑對鈾的去除率。3.3 結(jié)果與討論3.3.1 亞鐵氰化鐵(PB)結(jié)構(gòu)與形貌表征XRD 是表征材料晶體結(jié)構(gòu)的重要手段，對合成的亞鐵氰化鐵(PB)進(jìn)行 XRD 的表征考察其晶體結(jié)構(gòu)，如圖 3.1a 所示。XRD 結(jié)果表明，制備的產(chǎn)物的衍射峰與面心立方(FCC結(jié)構(gòu)的亞鐵氰化鐵 Fe4[Fe(CN)6]3標(biāo)準(zhǔn) XRD 卡片重合(JCPDS no. 73-0687)[57]，且衍射峰半峰寬較窄、強(qiáng)度較高，表明合成的亞鐵氰化鐵具有較高的結(jié)晶度。通過 SEM 對樣品形貌進(jìn)行分析，SEM 圖像顯示，制備的亞鐵氰化鐵為立方體結(jié)構(gòu)，尺寸約為 1-2 μm，顆粒表面光滑。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 李宏宇;申利紅;張樂;李培佑;;咪唑型功能離子液體合成及其對鈾(Ⅵ)的萃取[J];原子能科學(xué)技術(shù);2014年03期

2 白靜;趙梁;范芳麗;吳曉蕾;丁華杰;雷富安;田偉;秦芝;郭俊盛;;高礦化度水樣中微量鈾的測定[J];核化學(xué)與放射化學(xué);2011年06期

3 鄧佐卿;新世紀(jì)展望——中國鈾資源、生產(chǎn)和需求[J];鈾礦冶;2000年01期

本文編號：2712309