δ-Bi2O3微纳米结构对水体高毒性阴离子的选择性捕捉研究

作     者：刘龙 

作者单位：青岛大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨东江

授予年度：2016年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：δ-Bi2O3 放射性碘离子 硒氧根离子 选择性 

摘      要：随着能源制造工业的迅猛发展,为经济注入新活力的同时也产生了大量对环境有害的工业废水。其中工业废水中最为典型的几种离子为放射性碘离子、硒酸盐离子和亚硒酸盐离子。例如,核工业废水中常常包含高浓度的放射性碘离子(I131和I129),热电厂废水中常常包含高游离性、高毒性的硒酸盐(IV,VI)离子。本论文工作是利用δ-BiO微纳结构来净化放射性核废水/工业废水中的高游离高毒性的阴离子,并从它独特的晶体结构特点解释其吸附的固化机理。1.δ-BiO微纳结构对污水中放射性碘离子的选择性吸收。核电站和甲状腺药物研究所产生的废料会释放放射性的碘同位素,如果释放到环境中,会被人体甲状腺吸收并富集,从而对人体健康产生极大的威胁。为此,我们制备出微纳结构的δ-BiO并将其应用在碘离子的定向捕捉上。这种δ-BiO微纳结构具有很高的碘吸附容量(1.44 mmol g-1),当净化完碘离子以后,材料晶相结构由δ-BiO转变成Bi4I2O5。δ-BiO吸附材料具有快速的动力学吸附,并且由于其特殊的微纳结构能够使其在吸附碘离子后快速从溶液中分离。另外,该吸附材料在高浓度的Cl-和CO32-竞争离子存在下选择性捕捉碘离子,而且在弱酸弱碱溶液下仍保持高效吸附的能力。δ-BiO微纳米结构优异的吸附性能得益于它独特的晶体结构。2.δ-BiO微米球高容量选择性吸附溶液中的硒盐离子。居民区工业废水排放要求水体中硒盐离子含量需低于20 ppb(美国国家环保局EPA规定)。为此,我们探究了δ-BiO微纳米材料对硒盐离子的饱和吸附和动力学吸附速率。δ-BiO材料被证明拥有较高的饱和吸附容量:它的平衡吸附量高达160mg g-1(SeO32-)和58 mg g-1(SeO42-),并且它能在短短3 min内对热电厂蓄水池中的SeO离子进行不可逆捕捉。另一方面,在高浓度的竞争阴离子(Cl-,NO3-,SO42-,CO32-和PO43-)存在下,δ-BiO仍具有选择性捕捉硒酸盐和亚硒酸盐离子的能力。并且我们对δ-BiO微纳米材料吸附硒酸根离子和亚硒酸根离子的机理进行了详细的探究。