幾種功能化納米材料對U(Ⅵ)的吸附行為研究.pdf

1、鈾是核能利用過程（鈾礦開采、鈾濃縮、核燃料元件加工、核能發(fā)電、乏燃料后處理及放射性廢物處置等）中的關鍵元素。U(Ⅵ)在環(huán)境中容易遷移、擴散進入生物圈，由于其化學毒性和放射性毒性，進入生物圈的鈾將對生物和環(huán)境安全造成威脅。因此，從核能安全與環(huán)境保護的角度考慮，開發(fā)新型功能材料對于環(huán)境水體中鈾的去除非常重要。
　　本論文制備了四種功能化納米材料，對其進行了詳細的物理化學性質(zhì)表征，研究了U(Ⅵ)在這些材料上的吸附行為，考察了pH、吸附劑

2、濃度、離子強度、共存離子、溫度等因素對功能化納米材料吸附U(Ⅵ)的影響，運用Langmuir、Freundlich吸附模型，并借助光譜技術探討了U(Ⅵ)在功能化納米材料上的吸附機理。本論文取得的結(jié)果可為鈾污染水體的凈化修復提供依據(jù)，為核能可持續(xù)發(fā)展和核環(huán)境保護提供技術支持。
　　主要研究成果如下：
　　一、制備、表征了琥珀酸功能化納米二氧化硅（SA@SiO2），并考察了其對水體中U(Ⅵ)的吸附行為。與納米二氧化硅相比較，SA

3、@SiO2對U(Ⅵ)的吸附容量明顯增強。采用批式法考察了環(huán)境影響因素（如pH、離子強度、吸附劑濃度、共存離子和溫度）對SA@SiO2吸附U(Ⅵ)的影響，借助X射線光電子能譜探討了吸附機理。結(jié)果表明，SA@SiO2吸附U(Ⅵ)受pH影響強烈，不受離子強度影響，吸附主要形成內(nèi)層表面絡合物，共存陽離子對SA@SiO2吸附鈾無顯著影響，而陰離子影響明顯。不同溫度下的吸附等溫線數(shù)據(jù)表明，吸附過程為自發(fā)、放熱過程。當pH=4.0±0.1、T=298

4、K，最大吸附容量為44.5mg/g。XPS結(jié)果表明，酰胺與羧酸參與了對U(Ⅵ)的吸附過程。SA@SiO2對鈾具有良好的選擇性，在不降低吸附容量的前提下可循環(huán)利用至少五次。
　　二、制備了兒茶酚衍生物(DAS)和偕胺肟(AO)功能化納米顆粒Fe3O4@ZnO-DAS和Fe3O4@ZnO-AO，采用XRD、SEM、TEM、VSM、元素分析、紅外光譜等方法對其進行了詳細的理化性質(zhì)表征，并考察了對水溶液中U(Ⅵ)的吸附行為。Fe3O4納米

5、顆粒的直徑約為150nm，包覆ZnO、有機官能團之后發(fā)生了一定程度團聚，但納米顆粒球形結(jié)構(gòu)保持不變。pH對U(Ⅵ)在Fe3O4@ZnO上的吸附影響較大，pH=6.0時吸附效率最高。Fe3O4@ZnO-AO對U(Ⅵ)的最大吸附容量為506.9mg/g(pH=6.5,T=25oC)，明顯優(yōu)于Fe3O4@ZnO-DAS(144.2mg/g)。Fe3O4@ZnO-AO對U(Ⅵ)的吸附過程為吸熱過程。Fe3O4@ZnO-AO對U(Ⅵ)表現(xiàn)出較好的

6、吸附選擇性，XPS結(jié)果表明，吸附過程中伴有氧化還原反應。
　　三、用水熱法制備出Fe3O4球形納米顆粒，在其表面包覆二氧化鈦涂層，并利用偕胺肟官能團對其進行表面功能化，得到Fe3O4@TiO2-AO納米顆粒。采用SEM、TEM、XRD、VSM等技術對其進行了表征，并考察了對水溶液中U(Ⅵ)的吸附行為。結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4@TiO2-AO吸附U(Ⅵ)可在250min內(nèi)達到平衡，在pH6.0-7.5時吸附能力最佳，F(xiàn)e3O4@TiO2

7、-AO對U(Ⅵ)的吸附能力隨吸附劑濃度的增大而增大。經(jīng)偕胺肟功能化，F(xiàn)e3O4@TiO2-AO的最大吸附容量比Fe3O4@TiO2高出近一倍。
　　四、用靜電紡絲技術制備一維鐵基納米纖維，并利用SEM、TEM、XRD、VSM對所得材料進行表征，并考察了鐵基納米纖維的穩(wěn)定性和對U(Ⅵ)的吸附性能。所得到的鐵基納米纖維為單質(zhì)Fe與Fe(0)TiO3的復合相，具有較強的磁性。結(jié)果表明，pH>5.0時鐵基納米纖維具有較好的酸堿穩(wěn)定性，pH