鈾是一種重要的核能,對工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術(shù)都極為重要。陸地上的鈾資源十分有限,其總儲量不足海水中鈾總儲量的千分之一,海水中的鈾資源能夠為核工業(yè)的發(fā)展提供巨大的能源。偕胺肟基團對鈾離子具有很高的選擇性和親和力,被認為是吸附鈾最有效的配體之一。因此,偕胺肟基吸附劑在海水提鈾中應用最為廣泛。本研究中,通過化學共沉淀和化學改性法制備出新型偕胺肟基復合材料TMP-g-AO,并用SEM/EDS、FT-IR、XPS、N_2-BET和TGA對其進行表征。在pH8.2±0.1條件下探討投加量、共存離子、反應時間、初始鈾濃度以及溫度等因素對TMP-g-AO吸附鈾性能的影響,同時利用動力學、等溫線和熱力學模型研究其吸附行為和吸附機理,并通過解吸再生實驗,探討TMP-g-AO的穩(wěn)定性、可重用性以及經(jīng)濟效能。最后,通過TMP-g-AO在海水和加標海水中的吸附研究,預測其在海水提鈾中的應用潛能。從SEM/EDS分析中發(fā)現(xiàn)TMP為納米級球形顆粒,隨著化學改性的進行,其表面逐漸變得粗糙和致密;吸附鈾后,TMP-g-AO材料表面發(fā)生顯著變化,且其鈾離子的含量達1.75%。FT-IR和XPS分析表明,接枝的氰基成功已轉(zhuǎn)化為偕胺肟基,且吸附后與鈾離子發(fā)生了絡(luò)合反應。從N_2-BET分析計算出TMP-g-AO的比表面積、孔容、平均孔徑分別為48.183m~2/g、0.116 cm~3/g和3.911 nm。此外,TGA分析結(jié)果表明TMP-g-AO的熱穩(wěn)定性較好,其中聚合的偕胺肟基團所占的質(zhì)量比為26.07%,聚合的偕胺肟基團與丙烯腈接枝前的TMP-g的質(zhì)量比為0.353:1。實驗結(jié)果表明,TMP-g-AO吸附共存離子的順序為U~(6+)Fe~(3+)Co~(2+)Pb~(2+)Ni~(2+)Zn~(2+)V~(5+)Cu~(2+),該材料對鈾離子展現(xiàn)了較高的選擇性和親和力。準二級動力學模型更適合用來擬合其平衡數(shù)據(jù),表明TMP-g-AO吸附鈾主要為表面的化學吸附。Langmuir等溫線模型能更好的擬合吸附過程,說明TMP-g-AO吸附鈾是單層的化學吸附,其最大吸附量為35.37 mg/g。熱力學參數(shù)(?H、?S和?G)的值表明,TMP-g-AO對鈾離子的吸附是一個可行的、自發(fā)的、吸熱過程。此外,采用0.1 M HCl作解吸劑,五次吸附解吸后吸附率僅下降了1.42%。TMP-g-AO對海水中的鈾離子的吸附率高達81.92%。因此,TMP-g-AO在海水提鈾領(lǐng)域中有潛在的應用前景。
【學位單位】：南華大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TQ424;TL212.5
【部分圖文】：

圖 1.1 不同 pH 條件下鈾的形態(tài)分布海水提鈾的國內(nèi)外現(xiàn)狀年來，世界上許多國家一直致力于海水提鈾方法和技術(shù)的研究。英國是海水提鈾的國家，先后采用磷酸二丁酯和間苯二酚胂酸樹脂提取海水中后，又研究出海水提鈾的新方法——吸附法，并從間苯二酚胂酸樹脂、硫化鉛以及鈦酸等吸附劑中篩選出最有發(fā)展前途的無機吸附劑鈦酸[20]。此在不同層次上陸續(xù)的展開了海水提鈾的相關(guān)研究。是一個貧鈾國（8000 噸），因而從 20 世紀 60 年代開始，就將目光投向海提鈾方法和技術(shù)的研究。日本早期研究出的海水提鈾方法和材料包括溶物質(zhì)富集法（酸性多糖、甲殼素磷酸酯、殼聚糖磷以及磷酸纖維素等）子交換法（間苯二酚胂酸甲醛和 8-羥基喹啉樹脂）、吸附法（主要有活性機離子交換樹脂、PbS、水合二氧化鈦和偕胺肟吸附劑）等[21]。數(shù)十年間

圖 3.1 TMP-g-AO 合成路線示意圖3.2 合成材料的性能表征3.2.1 掃描電鏡/能譜分析掃描電鏡被廣泛的應用于研究吸附材料的形態(tài)學和表面特征。為了比較合成過程中獲得的四種材料TMP(a)、TMP-g(b)、TMP-g-AN(c)以及TMP-g-AO(d)在形態(tài)上的差異，采用掃描電鏡/能譜分析對其進行觀察分析。如圖3.2所示，可以清楚的觀察到樣品顆粒的粒徑均為納米級。圖3.2(a)中，TMP樣品為光滑的球形顆粒。使用KH-570表面改性后，圖3.2(b)中TMP-g顆粒表面變得粗糙。此外，圖3.2(c，d)中能觀察到，顆粒的結(jié)構(gòu)更加致密，并且在顆粒之間生成了許多不規(guī)則的物質(zhì)，這可能是丙烯腈接枝和肟化反應過程改變了材料的表面結(jié)構(gòu)。

第 3 章 TMP-g-AO 的制備及性能表征25圖3.2 掃描電鏡和能譜分析圖3.2.2 傅里葉變換紅外光譜圖3.2為TMP(a)，TMP-g(b)，TMP-g-AN(c)和TMP-g-AO(d)四種材料的傅里葉變換紅外光譜圖。圖3.3中a曲線上波數(shù)3582 cm-1、1564 cm-1處有–OH、P-O特征峰；b曲線上–OH特征峰消失，在波數(shù)3161、1406、1178和885 cm-1處分別有–CH2–、–Si–O–、–C–O–和–C=C–的特征峰出現(xiàn)，這表明KH-570表面改性成功；c曲線上波數(shù)2242 cm-1處有–C≡N–特征峰[86]，波數(shù)885 cm-1處特征峰消失，這都是由于丙烯腈接枝成功所引起的波峰變化；而在d曲線上波數(shù)2242 cm-1處的–C≡N–特征峰消失，新的特征峰–NH2（或–OH）、–C=N–、–C–N–和–N–O–分別在波數(shù)3194、1649、1269和920 cm-1處出現(xiàn)
【參考文獻】

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