【摘要】：隨著對化石燃料短缺和全球變暖的日益關(guān)注,核能作為沒有任何溫室氣體排放的清潔資源已經(jīng)被認(rèn)為是能源體系的重要組成部分。鈾作為最主要的核燃料組分,在促進(jìn)核電大發(fā)展的同時(shí)也不可避免的釋放進(jìn)入環(huán)境中,對人類和其它物種造成嚴(yán)重的危害。因此,不論從能源安全方面還是環(huán)境保護(hù)方面考慮,對鈾高效的去除與富集意義深遠(yuǎn)。由于具有優(yōu)秀的離子交換性能、吸附性能、無毒以及良好的生物兼容性,水滑石(Layered double hydroxides,LDH)作為新型的水處理吸附劑已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。核-殼結(jié)構(gòu)材料作為新型功能材料,其具有“內(nèi)核”與“外殼”的雙重協(xié)同作用,為此有望應(yīng)用于環(huán)境污染物治理。本論文采用二氧化硅和四氧化三鐵為核,LDH為殼進(jìn)行功能復(fù)合,制備了Si O2@LDH、Fe3O4@LDH以及Fe3O4@PDA@LDH的核殼及核殼殼結(jié)構(gòu)的水滑石納米復(fù)合材料,并應(yīng)用于對鈾的高效富集,考察了它們在各種環(huán)境下的吸附性能及其吸附機(jī)理。具體研究方法和結(jié)論如下:(1)采用簡單的共沉淀的方法制備了單分散的Si O2@LDH納米材料。借助X-射線衍射儀(XRD)、場發(fā)射電鏡掃描(FE-SEM)、傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜分析儀(FT-IR)以及X-射線光電能譜(XPS)等對其進(jìn)行系統(tǒng)的表征。研究了環(huán)境條件下(溶液p H、離子強(qiáng)度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等)對鈾的吸附行為影響。結(jié)果顯示,在整個(gè)p H范圍內(nèi)該吸附過程明顯受p H的影響,而不受離子強(qiáng)度的影響。動(dòng)力學(xué)吸附過程符合準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型,最大去除率可達(dá)到98%。此外,等溫吸附過程表明Si O2@LDH材料對鈾去除過程服從Langmuir模型,在p H=5,T=298.15K,最大吸附量達(dá)到301.1mg/g。熱力學(xué)參數(shù)說明該吸附過程屬于自發(fā)的吸熱過程。相互機(jī)理歸因于靜電吸引和表面絡(luò)合作用。(2)通過水熱過程制備了核殼結(jié)構(gòu)的磁性水滑石(Fe3O4@LDH),并應(yīng)用于對放射性核素鈾的富集。在不同實(shí)驗(yàn)條件下對鈾在Fe3O4和Fe3O4@LDH上吸附行為進(jìn)行系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明,p H對其吸附過程影響顯著,而離子強(qiáng)度對其基本沒有影響。動(dòng)力學(xué)研究表明鈾在Fe3O4和Fe3O4@LDH上的吸附符合準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型。等溫吸附過程和熱力學(xué)數(shù)據(jù)顯示Fe3O4和Fe3O4@LDH對鈾的除去更好的擬合Langmuir模型,在p H=5,T=298.15K,最大吸附量分別為34 mg/g和142 mg/g,且該過程是自發(fā)吸熱的過程。浸出實(shí)驗(yàn)說明Fe3O4@LDH材料展現(xiàn)了良好的循環(huán)性能。Fe3O4@LDH與鈾的相互機(jī)理是表面絡(luò)合和靜電相互作用。(3)利用溫和的水熱法及聚合沉積過程制備了一系列以Fe3O4為核,聚多巴胺(PDA)和LDH為殼的磁性納米微球,并采用XRD、TEM、SEM、FT-IR等技術(shù)對材料進(jìn)行詳細(xì)的表征。探討各種環(huán)境因素:溶液p H、離子強(qiáng)度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、鈾初始濃度及循環(huán)次數(shù)對鈾吸附過程的影響。相比于Fe3O4、MP2和其它的MPL樣品,雙官能團(tuán)材料MP2L2展現(xiàn)了最高的吸附容量和最大的去除率。鈾在MP2L2上的吸附過程受p H影響明顯而幾乎不受離子強(qiáng)度影響。動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)研究分別符合準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型和Langmuir模型,且去除率高達(dá)94.8%。重要的是,鈾在MP2L2上的吸附容量可以通過改變PDA殼厚度與LDH含量而調(diào)控,在p H=5,T=295.15K,其吸附性能順序?yàn)镸P2L2(344 mg/g)MP2L3(291 mg/g)MP3L2(245 mg/g)MP2L1(211 mg/g)MP1L2(141 mg/g)MP2(71 mg/g)Fe3O4(34mg/g)。得益于PDA層的保護(hù),吸附鈾之后的材料可以采用Na2CO3溶液解吸,5次吸附解吸依然保持較高的去除性能,充分實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)再生利用。吸附機(jī)理主要為表面絡(luò)合歸因于MP2L2豐富的官能團(tuán)數(shù)目及種類。本論文以SiO2和Fe3O4為核,LDH為殼進(jìn)行功能復(fù)合,以捕獲高毒性的放射性核素鈾,探討其吸附性能及機(jī)理,并取得了良好的效果,為鈾廢水的去除與治理提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

最大吸附量分別為 3.99 和 11.6m內(nèi)球表面絡(luò)合和外球表面絡(luò)合。為解決其吸附屬氧化物進(jìn)行改性來提升其在實(shí)際環(huán)境應(yīng)用PPy 復(fù)合材料，研究了 MnO2@PPy 在各種環(huán)討其吸附機(jī)理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該去除過程很 和 pH=6.5，298K 時(shí)最大吸附量分別達(dá)到 實(shí)驗(yàn)顯示了鈾和銪在 MnO2@PPy 復(fù)合材料上作用，，歸因于其豐富的含氧官能團(tuán)（Mn-OH 圖 1.1 所示。OKMnO

圖 1.2 GO 納米片對鈾吸附機(jī)理圖[30]機(jī)無機(jī)雜化材料是一種介于有機(jī)聚合物與無機(jī)聚合物之間的新備了高分子材料的柔韌性、加工工藝簡便等特點(diǎn)，也具有無機(jī)高強(qiáng)度的優(yōu)勢[33]。有機(jī)無機(jī)硫?qū)倩衔锞哂徐`活的框架、軟 Lew夠?qū)︓?Lewis 酸展現(xiàn)出極強(qiáng)的親和性。在離子交換的過程及對擇性吸附時(shí)，軟軟相互作用扮演著主要的驅(qū)動(dòng)力。近來，有機(jī)無材料具有優(yōu)秀的可調(diào)控性及靈活性，因而在捕獲鈾方面已成為當(dāng)anatzidis 課題組在去除、富集放射性核素鈾方面取得了不俗的成用簡單的溶劑熱法制備了有機(jī)無機(jī)層狀硫代錫酸鹽（FJSM-SnS）選擇去除與富集，該材料對鈾的捕獲吸附量達(dá)到 338.43mg/g。在Ca2+、HCO3-離子存在的條件下，其分配系數(shù) Kd依然高達(dá) 428SM-SnS 對鈾具有良好的選擇性。對鈾的痕量級去除實(shí)驗(yàn)中，即，鈾的去除效果也接近 100%，這種高的選擇性是因?yàn)?UO22+與
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O647.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 賈國松;劉美玲;;金屬氧化物光催化材料的研究進(jìn)展[J];山東化工;2015年16期

2 朱清;印嘉佳;王金玉;翁淵達(dá);孫蕾;;鎂鋁水滑石的制備與應(yīng)用研究進(jìn)展[J];化工時(shí)刊;2013年07期

3 沈江南;林龍;陳衛(wèi)軍;周勇;金可勇;;吸附法海水提鈾材料研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2011年12期

4 張曉菲;趙長琦;劉麗宏;;貧鈾的危害及鈾促排劑的研究進(jìn)展[J];北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年04期

5 商照榮;貧化鈾的環(huán)境污染影響及其對人體健康的危害[J];輻射防護(hù);2005年01期

6 羅明標(biāo),劉淑娟,余亨華;氫氧化鎂處理含鈾放射性廢水的研究[J];水處理技術(shù);2002年05期

7 張有賢,馬衛(wèi)東;某礦區(qū)微量放射性原水的處理[J];中國給水排水;2002年05期

8 史鐵鈞,王華林,裘小寧;有機(jī)無機(jī)雜化材料研究進(jìn)展[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年01期

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1 鄒義冬;功能性水滑石（LDHs-X）粘土礦物對放射性核素鈾的吸附及機(jī)理研究[D];東華理工大學(xué);2017年

2 肖江;天然粘土改性材料對放射性核素鈾（Ⅵ）的吸附行為研究[D];青海師范大學(xué);2014年

3 賀娟;水滑石合成與吸附性能研究[D];大連理工大學(xué);2009年

4 呂海金;鎂鋁水滑石的合成及應(yīng)用[D];青島大學(xué);2007年

本文編號：2613129