核能一直是全球能源領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著核能的發(fā)展利用,如采礦、核反應(yīng)堆和核武器制造等,各種放射性核素被釋放到環(huán)境中。鈾是放射性廢水中的主要污染物,同時具備化學(xué)毒性和放射毒性,對人類健康與生態(tài)環(huán)境具有較大危害。因此,研究高效提取放射性廢水中鈾的材料與方法對于鈾的回收利用與生態(tài)環(huán)境的保護(hù)具有重要意義。磁性納米顆粒經(jīng)過表面功能化修飾,可以得到選擇性更好、吸附效率更高的復(fù)合吸附劑。同時,也會使吸附劑具備易于磁液分離的特點(diǎn)。因此,磁性納米吸附劑對放射性廢水中鈾的提取有著較好的應(yīng)用前景。杯芳烴是繼冠醚和環(huán)糊精后出現(xiàn)的新一代超分子配體,是由若干個苯酚單元通過亞甲基(或雜原子,如氧、硫、氮等)在酚羥基鄰位連接而成的環(huán)狀低聚物,具有大小可調(diào)節(jié)的空腔、對金屬離子的選擇性高等優(yōu)勢,能通過多個配位原子與許多金屬離子形成主-客體絡(luò)合物。黑曲霉是一種高效、經(jīng)濟(jì)的生物吸附劑,具有安全無毒、成本低廉、來源穩(wěn)定、處理廢水量大、吸附后易解析等特點(diǎn),并且表面含有豐富官能團(tuán),如羥基、羧基、氨基等。本文以杯芳烴、黑曲霉為功能材料,探索新型功能化磁性生物吸附劑的制備方法,并研究了該功能化磁性生物吸附劑對放射性鈾廢液的吸附性能。通過實(shí)驗研究,主要獲得以下研究成果:(1)通過共沉淀法合成了4-磺酰杯[6]芳烴修飾的Fe3O4磁性納米粒子(MFS)。其結(jié)構(gòu)經(jīng)紅外(IR),掃描電鏡(SEM),振動樣品磁強(qiáng)計(VSM),熱綜合分析儀(TGA)等進(jìn)行了表征,實(shí)驗結(jié)果表明MFS呈粒徑為10~40 nm的圓球狀,飽和磁化強(qiáng)度為64.99emu/g,具有超順磁性和良好的熱穩(wěn)定性。探索了溶液p H,吸附劑用量,吸附時間,鈾(Ⅵ)初始濃度和溫度等條件下MFS對鈾(Ⅵ)溶液的吸附行為,確定了MFS對鈾(Ⅵ)溶液的最佳吸附條件:p H為6,鈾(Ⅵ)初始濃度為2.5 mg/L,吸附時間為60 min,吸附劑用量為15 mg/100 m L,溫度為50℃。MFS對鈾(Ⅵ)的最大吸附率為94.39%,與Fe3O4的最大吸附率(65.22%)對比,MFS的吸附性能得到顯著提升。干擾實(shí)驗表明,磁性納米Fe3O4表面修飾的杯芳烴功能分子,其多元配位和空腔識別雙重效應(yīng),使MFS對鈾酰離子具有較好的選擇性吸附能力。在Na+、Mg2+、Ca2+等金屬離子存在條件下,MFS對鈾(Ⅵ)的吸附率最大仍能達(dá)到93.62%。MFS對鈾(Ⅵ)的吸附行為符合二級動力學(xué)模型,說明MFS對鈾(Ⅵ)是化學(xué)吸附過程;其吸附行為符合Langmuir等溫吸附模型,說明MFS吸附鈾(Ⅵ)是單層吸附。通過分析MFS對鈾(Ⅵ)吸附行為的吉布斯自由能變化,可以得知MFS吸附鈾(Ⅵ)是自發(fā)的吸熱反應(yīng)。(2)在MFS的基礎(chǔ)上,結(jié)合生物材料黑曲霉,制備了新型多元配位磁性生物吸附劑(MFSC),意在通過磁性納米粒子、功能識別分子與生物吸附劑的結(jié)合,改善生物吸附劑的機(jī)械性能及對鈾酰離子的識別性能。制得的MFSC經(jīng)紅外(IR),掃描電鏡(SEM),振動樣品磁強(qiáng)計(VSM),熱綜合分析儀(TGA)等進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,表明MFSC呈褶皺層狀,飽和磁化強(qiáng)度為5.74 emu/g,具有超順磁性和良好的熱穩(wěn)定性。探索了溶液p H,吸附劑用量,吸附時間,鈾(Ⅵ)初始濃度和溫度等條件下MFS對鈾(Ⅵ)溶液的吸附行為,確定了MFSC對鈾(Ⅵ)溶液的最佳吸附條件。在p H為6,鈾(Ⅵ)初始濃度為3 mg/L,吸附時間為8 h,吸附劑用量為20 mg/100 m L及30℃時,其對鈾(Ⅵ)的最大吸附率為91.18%。干擾實(shí)驗表明,MFSC相對MFS比較,抗干擾能力有所下降,說明MFS附載于黑曲霉表面,使杯芳烴分子的識別能力有所降低,但MFSC仍具有一定的選擇性吸附性能。在K+、Na+、Cu2+等金屬離子存在時,吸附率最大可達(dá)到72.41%。吸附-解吸實(shí)驗表明,經(jīng)過對MFSC重復(fù)3次的吸附-解吸后,吸附率仍能達(dá)到80%以上,說明在黑曲霉表面附載MFS,克服了生物吸附劑在吸附-解吸過程中易于流失的缺點(diǎn),使黑曲霉獲得了良好的機(jī)械性能,吸附后易于固液分離,故MFSC吸附鈾(Ⅵ)時,可以循環(huán)利用。MFSC對鈾(Ⅵ)的吸附行為符合二級動力學(xué)模型,表明MFSC對鈾(Ⅵ)是化學(xué)吸附過程;其對鈾(Ⅵ)的吸附行為符合Langmuir等溫吸附模型,即MFSC吸附鈾(Ⅵ)是單層吸附。通過分析MFSC對鈾(Ⅵ)吸附行為的吉布斯自由能變化,可以得知MFSC吸附鈾(Ⅵ)是自發(fā)的吸熱過程。
【學(xué)位單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X771;O647.3
【部分圖文】：

第一章 緒 論簡介錒系元素，1789 年被馬丁海因里�？死樟_特（Martin 發(fā)現(xiàn)，其元素符號是 U，原子序數(shù)為 92。鈾在自然界中存在三分別是234U、235U 和238U（圖 1.1），其豐度分別為 0.01%、均擁有長達(dá)數(shù)億年，甚至數(shù)十億年的半衰期。雖然自然界中23它是天然鈾 α 輻射的主要來源，其放射性比活度遠(yuǎn)高于235U 業(yè)中應(yīng)用最廣泛的鈾同位素為235U，其衰變產(chǎn)物主要為 α 粒子

圖 1.2 地球鈾儲量分布圖Fig.1.2 Earth uranium reserves map鈾是具有放射毒性和化學(xué)毒性的天然放射性元素[8,9]，其化學(xué)顯著。一般來說，鈾的化學(xué)毒性主要由其重金屬毒性體現(xiàn)，可死和腎小管管壁萎縮，致使腎過濾血液雜質(zhì)的性能下降，從而的放射毒性主要由輻射造成。輻射影響人體的途徑又可分為內(nèi)中鈾的放射毒性主要以內(nèi)照射為主。放射性核素的內(nèi)照射損強(qiáng)于致癌性重金屬鉛和鎳，內(nèi)照射危害主要來自鈾放出的 α 射損器官，嚴(yán)重時能導(dǎo)致肺癌。因此，若飲用水中出現(xiàn)鈾含量超種危害，如腎損害，多器官靶向癌癥，腦和神經(jīng)疾病等。值得產(chǎn)活動，如核工業(yè)、尾礦、燃煤和磷肥的使用等都是造成環(huán)境工業(yè)發(fā)展與核能開發(fā)規(guī)模越來越大，對鈾的需求量也越來越大

圖 2.1 MFS 合成過程示意圖Fig. 2.1 Schematic diagram of MFS synthesis2.2.3 吸附劑的表征2.2.3.1 掃描電子顯微鏡利用 SEM 表征吸附劑形貌特征。2.2.3.2 傅里葉紅外光譜利用 FT-IR 分析吸附劑所含官能團(tuán)特征。2.2.3.3 熱性能利用 TGA 分析吸附劑熱穩(wěn)定性。2.2.3.4 磁性能利用 VSM 表征吸附劑磁性能。2.2.3.5 X 射線衍射（XRD）
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 王以軒;劉育;;磺化杯芳烴的超分子組裝體構(gòu)筑及其功能[J];化學(xué)學(xué)報;2015年10期

2 薛敏;胡樹振;陳傳峰;;三蝶烯衍生的雙氮雜雙氧雜杯芳烴的合成與結(jié)構(gòu)[J];化學(xué)學(xué)報;2012年16期

3 宋佰謙;從鈾放射性發(fā)現(xiàn)到同位素的發(fā)現(xiàn)(1896—1913)——為紀(jì)念α射線和β射線發(fā)現(xiàn)100周年而作[J];自然雜志;1998年03期

本文編號：2888917