核電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和核技術(shù)的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了重要的經(jīng)濟效益和社會效益。核能和核技術(shù)在利用過程中會產(chǎn)生各種放射性廢液,對生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來了潛在威脅。安全高效地處理放射性廢水是核工業(yè)實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展的前提,具有迫切需求和重要意義。本論文從實際需求出發(fā),圍繞普魯士藍類復(fù)合吸附材料及其輻射制備技術(shù)開展研究工作,設(shè)計制備復(fù)合材料并對其微觀形貌及結(jié)構(gòu)進行詳細測試表征,重點考察復(fù)合材料對銫離子的吸附性能和規(guī)律,探索其合成和吸附機理,為新型放射性離子吸附材料的設(shè)計開發(fā)和實際應(yīng)用提供基礎(chǔ)。本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)采用原位輻射化學(xué)法在海綿多孔骨架上成功制備了具有均勻粒徑分布和良好分散性的普魯士藍納米粒子。所制備的PB@PUS復(fù)合材料在較寬的pH范圍內(nèi)對銫離子具有良好的選擇吸附性能,其最大吸附量和去除率分別達到了68.6 mg g~(-1)和99%。復(fù)合材料對銫離子的吸附過程可以用Langmuir等溫吸附模型和擬二級吸附動力學(xué)模型來描述。動態(tài)吸附實驗表明,固定床柱的穿透時間和耗盡時間與PB@PUS中PB的含量、溶液流速及銫離子的初始濃度密切相關(guān)。穿透曲線可采用Thomas和Yoon-Nelson模型進行較好地擬合。(2)采用γ射線輻照輔助單源法合成不同形貌的普魯士藍,并對其微觀形貌、結(jié)構(gòu)組成和吸附性能進行了測試分析。研究結(jié)果表明,前驅(qū)體K_4[Fe(CN)_6]·3H_2O濃度和溶液pH值是影響產(chǎn)物形貌的重要因素。通過優(yōu)化合成條件,獲得了具有良好形貌和分布的普魯士藍粒子。所制備的普魯士藍納米粒子對銫離子具有良好的吸附性能,其吸附過程符合Langmuir等溫吸附模型,最大飽和吸附量達到166.8 mg g~(-1)。(3)采用γ射線輻照技術(shù)在三維多孔碳氈基體材料上合成普魯士藍,制備了電活性普魯士藍/碳氈復(fù)合電極材料,對其微觀形貌結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能和電控吸附性能進行了測試分析。結(jié)果表明,經(jīng)過硫酸輻照處理過的碳氈更有利于PB納米顆粒的沉積及薄膜的形成。與D-PB/CF相比,S-PB/CF具有更好的可逆性、良好的穩(wěn)定性和循環(huán)使用壽命。S-PB/CF膜電極在兩電極體系下具有優(yōu)異的ESIX性能。外加還原電壓可顯著提升膜電極對Cs~+的吸附效率,電壓10V、初始濃度為200 mg L~(-1)的條件下,膜電極對Cs~+去除率高達90%。S-PB/CF的吸附過程可用Langmuir模型和擬二級吸附動力學(xué)模型來描述,最大飽和吸附量為987.5 mg g~(-1),可在1.5 h內(nèi)達到吸附平衡。該膜電極的反向氧化電壓脫附率接近90%,具有良好的再生性能。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X771;O647.3
【部分圖文】：

杯芳烴的識別能力很好，對特定放射性離子的吸附能力功效。其中杯[4]芳烴冠醚被研究證明對 Cs+具有良好的吸附能力雜交法制備了一種對 Cs+有較好吸附能力和選擇性的新型杯[4]冠Si），在最佳吸附條件下對 Cs+的吸附容量為 0.1233 mmol g-1。材料處理放射性廢水有諸多優(yōu)點，如生物類品種豐富、價廉易得快速且量大、pH 值和溫度范圍寬等。某些藻類、真菌以及一些等）都對放射性金屬離子有很好的吸附能力。子交換技術(shù)（ESIX）子交換技術(shù)交換技術(shù)（Electrochemically Switched Ion Exchange，ESIX）最先驗室（PNNL）提出的用于金屬離子分離的一種新型技術(shù)[24]。在這原附著在電極表面的電活性膜來實現(xiàn)堿金屬離子的吸附和嵌脫，的關(guān)鍵在于尋找合適的電活性離子交換材料，并通過一定的技術(shù)積的導(dǎo)電材料上，從而制備出可實現(xiàn)電化學(xué)控制的離子交換膜電

圖 1.2 可溶性和不溶性普魯士藍結(jié)構(gòu)示意圖 ESIX 膜的制備方法活性材料通常采用化學(xué)沉積法和電化學(xué)方法制備。其中，化學(xué)法包括毛法及輻照化學(xué)法等；電化學(xué)法主要有陽極氧化法、陰極電沉積法和脈沖化法最早由 BOCARSLY 等[42]提出，該方法主要原理是將過渡金屬基體鐵氰根和支持電解質(zhì)的混合溶液中，然后在工作電極上通上一定的氧化金屬基體被氧化，在其表面形成相應(yīng)的金屬離子，電解液中游離的鐵氰形成對應(yīng)的鐵氰化物薄膜層覆蓋在過渡金屬表面。該方法的缺點在于所物薄膜的容量低，難以在實際工業(yè)化中得到推廣應(yīng)用。因為工作電極被鐵氰化物已經(jīng)覆蓋在其表面，從而導(dǎo)致電解液中游離的鐵氰根被金屬表，難以和后續(xù)生成的金屬陽離子接觸，因此無法繼續(xù)反應(yīng)生成鐵氰化物積法（包括恒電位沉積法和循環(huán)伏安法），一種制備過渡金屬鐵氰化物這種方法的主要機理是配置由支持電解質(zhì)、過渡金屬離子和鐵氰根組成極是惰性導(dǎo)電材料，在三電極體系中給電極通上一定電壓范圍的循環(huán)伏

述相同（Cs+濃度：1000 mg L-1；吸附劑用量：8 mg mL-1；接觸時間：3h；溫度：25℃；pH：7）。根據(jù)方程（2-1）、（2-2）計算 Cs+的去除率 R（%）和吸附量 Qe（mg g-1）：100%i CCCRie（）（2-1）mCCVQie（ ） e（2-2）式中，Ci（mg L-1）和 Ce（mg L-1）分別表示初始和平衡時溶液中 Cs+濃度，V（mL）為溶液體積，m（mg）為吸附劑的質(zhì)量。2.2.5 材料對 Cs+的動態(tài)吸附實驗固定床柱反應(yīng)器采用內(nèi)徑 2.6 cm，床層高度 10 cm 的玻璃管設(shè)計而成。將不同制備樣品（PB@PUS-1、2、3）填充到柱內(nèi)，使吸附劑的床層高度保持 10 cm 恒定高度。將 pH=7 的銫溶液（10、20、30 mg L-1）通過蠕動泵（Kamoer KCP3-X）以指定的流速（3、4、5 mL min-1）通過上流式柱反應(yīng)器，從吸附柱頂端定時收集流出液，并用原子吸收分光光度計（TGAAAS-990）進行測試分析。如圖 2.1 所示。
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本文編號：2863901