金属硫化物NMTS-2吸附剂研制及去除水中锶的研究

作     者：Varney Kromah,Jr. 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张光辉

授予年度：2022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）] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：放射性污染水 四元金属硫化物 吸附剂NMTS-2 制备优化 高选择性 

摘      要：近年来随着核工业的快速发展,以及福岛和切尔诺贝利核电站泄漏事故,引起公众对水体放射性污染的广泛关注。放射性锶是核燃料的主要裂变产物之一和核废物的主要组分,半衰期长,在水环境中有较强的迁移性,危害人类健康和环境,因此研究如何从水中分离去除Sr非常重要。采用水热法合成了一种含钠、锰、锡和硫的金属硫化物吸附剂(NMTS-2),通过改变锰的用量、水量、反应温度和反应时间等优化吸附剂的合成。此外,为进一步降低成本,用锡盐替代金属锡,且控制锡盐的用量最低,同时保持了较高的Sr去除率;与Na ZTS和Na TS的相比,NMTS-2的原料分别下降69%和76%。合成NMTS-2的优化原料配比为1.150 kg NaCO/kg、0.550 kg Mn SO/kg、0.411 kg Sn Cl/kg、0.696 kg S/kg、0.361 kg HO/kg,优化反应条件和参数为200°C和24小时。采用SEM、XPS、PXRD等多种手段表征NMTS-2的形貌特征、元素组成和结构稳定性,发现元素均匀分布在吸附剂表面,其在p H值不低于4时能够保持化学稳定性,低于365℃时保持热稳定性。为确定NMTS-2对水中Sr的吸附特性,完成了吸附动力学、等温线、影响因素和吸附选择性的研究,结果表明:NMTS-2吸附水中初始浓度为5.000mg/L的Sr,在5min后达到吸附平衡,符合拟二级动力学模型;298 K时最佳拟合吸附等温线符合Langmuir吸附等温模型,最大吸附量为47.04 mg/g,与实验值46.10 mg/g非常吻合;吸附剂投加量为0.5000 g/L、初始Sr浓度为5.000mg/L、NMTS-2在p H值为4-12时,对Sr的去除率为96.81%-99.96%,分配系数(K)为6.06×10-4.70×10 m L/g;水中共存离子会降低Sr的吸附去除率,影响顺序为CaMgNaK;NMTS-2对自来水和湖水的锶具有优异的吸附选择性;此外,NMTS-2吸附去除Sr的机理为离子交换和配位作用,去离子水中Sr的解吸速率可以忽略不计。综上所述,即使在强酸性或强碱性的放射性废水中,NMTS-2对放射性Sr的吸附也具有快速、有效和高选择性,可以为放射性含锶废水的应急处理提供支持。