偕胺肟基納米材料的合成及其對鈾的吸附性能研究.pdf

1、鈾是重要的核燃料資源，同時也是放射性廢液中主要的污染元素之一。無論是從能源安全還是從環(huán)境保護的角度，對水體中的鈾進行有效分離富集都有著很重要的現(xiàn)實意義。在鈾的眾多分離富集方法中，吸附法因具有成本低廉、工藝簡單及適用范圍廣等優(yōu)點而被廣泛采用。高效吸附劑的開發(fā)無疑是吸附法在實際應用中的關鍵。復合材料由于可根據(jù)不同用途選擇相應基體與功能基團進行復合，已成為近年來對溶液中的鈾進行分離富集的研究熱點。在眾多功能基團中，偕胺肟官能團由于對鈾的特殊絡

2、合能力，被廣泛用于修飾多種多樣的基體材料?；w材料方面，近年來人們的注意力逐漸轉向新興的納米材料。本論文利用偕胺肟官能團對這些年研究得較多的常見納米材料進行功能化，合成了如下幾種復合材料，考察了所合成材料對鈾的吸附性能，并對吸附機理進行了分析:
　　1，偕胺肟修飾磁性石墨烯
　　合成了偕胺肟修飾磁性石墨烯(AOMGO)復合材料，并應用于水溶液中鈾的吸附。吸附鈾之后的材料可以在外加磁場下很方便地實現(xiàn)與液相分離。吸附動力學實驗表

3、明吸附過程可以在2h內達到吸附平衡?？疾炝藀H值、離子強度、共存離子對鈾吸附的影響。結果表明，鈾在AOMGO材料表面的吸附受pH值影響顯著，而與離子強度關系不大。吸附等溫線符合Langmuir模型，在pH=5.0±0.1，T=298 K時，理論最大吸附量達到1.197 mmol/g。根據(jù)不同溫度下的吸附等溫線可計算出吸附過程的熱力學參數(shù)，結果表明鈾在AOMGO材料表面的吸附是自發(fā)的吸熱過程?？焖俑咝У奈奖憩F(xiàn)表明所合成的AOMGO復合材

4、料在廢水中鈾的去除以及海水中鈾的提取方面有著很好的應用前景。
　　2，偕胺肟修飾二氧化硅包覆的四氧化三鐵
　　合成了偕胺肟修飾二氧化硅包覆的四氧化三鐵微球(Fe3O4@SiO2-AO)復合材料并進行了詳細表征。合成的Fe3O4@SiO2-AO材料被用于吸附溶液中的鈾，得益于材料中偕胺肟官能團對鈾的絡合能力，該材料的吸附容量相比于裸的二氧化硅包覆四氧化三鐵微球(Fe3O4@SiO2)得到了很大提高?？疾炝私佑|時間、pH值、離子

5、強度、干擾離子、鈾起始濃度、溫度對鈾在Fe3O4@SiO2-AO材料上吸附的影響。pH值對吸附過程影響強烈而離子強度則幾乎沒有影響，表明吸附過程主要是內層絡合。吸附等溫線與Langmuir模型相吻合，在pH=5.0±0.1，T=298 K時，理論最大吸附量達到0.441 mmol/g。負載鈾之后的材料可以通過外磁場加以分離，并可通過1 mol/L的鹽酸處理使吸附劑再生，實現(xiàn)循環(huán)利用。
　　3，偕胺肟功能化的磁性介孔二氧化硅

6、　　在二氧化硅包覆的四氧化三鐵微球表面，利用十六烷基三甲基溴化銨做結構導向劑，通過正硅酸乙酯與2-氰乙基三乙氧基硅烷的共縮聚反應包覆介孔二氧化硅層，經(jīng)鹽酸羥胺還原后得到偕胺肟功能化的磁性介孔二氧化硅(MMS-AO)。該材料呈現(xiàn)三明治結構，內核為四氧化三鐵，中間層為致密的二氧化硅，最外層為偕胺肟功能化的介孔二氧化硅。得益于介孔結構和偕胺肟功能化，在pH=5.0±0.1，T=298 K時，MMS-AO材料對鈾的最大吸附量達1.165mmol

7、/g，優(yōu)于迄今為止見諸報道的諸多含磁性粒子材料。相比于未經(jīng)偕胺肟功能化的材料，MMS-AO材料對鈾的吸附選擇性得到了很大改善。由于二氧化硅層對四氧化三鐵內核的保護，吸附鈾之后的MMS-AO材料可經(jīng)1 mol/L的鹽酸處理得以再生。結果表明MMS-AO材料不僅比表面積大，能夠實現(xiàn)磁分離，而且磁性核在酸性環(huán)境中有很好的穩(wěn)定性。該材料在實際水體中鈾的分離富集方面有非常好的應用前景。
　　4，偕胺肟功能化的SBA-15型介孔二氧化硅

8、>　　利用Pluronic P123作為結構導向劑，通過正硅酸乙酯與2-氰乙基三乙氧基硅烷共縮聚，改變其中2-氰乙基三乙氧基硅烷的摩爾比，合成了一系列SBA-15型介孔材料，并用于溶液中鈾的吸附。通過吸附等溫線和吸附動力學的研究分析了有機官能團引入量對吸附性能的影響。結果表明，有機功能化對吸附容量與吸附速率的影響都是雙方面的。剛開始增加有機官能團含量會提高吸附性能直至達到最大值，繼續(xù)增加有機官能團含量則會引起吸附性能下降。最優(yōu)值對應于材