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聚合物材料对水体中铀的吸附研究

聚合物材料对水体中铀的吸附研究

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作者：刘泽萍东华理工大学

学位级别：硕士

随着核电的大力发展,对铀的需求与日俱增,从含铀废水以及海水提取铀成为了研究的热点。在众多铀提取方法中,吸附法具有操作性强、应用范围广、理论吸附量高等优点,受到了广泛的关注。但是,现有的吸附剂在吸附容量和选择性等方面还需要... 详细信息

随着核电的大力发展,对铀的需求与日俱增,从含铀废水以及海水提取铀成为了研究的热点。在众多铀提取方法中,吸附法具有操作性强、应用范围广、理论吸附量高等优点,受到了广泛的关注。但是,现有的吸附剂在吸附容量和选择性等方面还需要继续提高。吸附材料的改善主要是通过增大材料比表面积,加入新型官能团改性优化吸附剂表面性质提高对铀离子的亲和力和选择性,或者寻求其他吸附方法克服吸附剂的局限性。针对目前提取铀方面的问题,本文从以下几个方面进行研究:(1)使用无机模板法通过电纺丝技术制备多孔聚丙烯胺肟(pao)纳米纤维垫,增大了材料的比表面积,提高了对水体中铀的吸附能力。扫描电子显微镜(SEM)图像表明,该方法成功制备出了多孔pao纳米纤维垫。获得的多孔pao纳米纤维垫对铀的吸附容量达到了157.34 mg/g,比无孔pao纳米纤维垫的吸附容量121.32 mg/g提高了约30%。吸附数据分别采用动力学模型,吸附等温线模型以及热力学模型拟合,结果表明,多孔pao纳米纤维垫对铀的吸附更符合准二级动力学模型和Langmuir吸附模型,其吸附属于化学吸附;其热力学研究中ΔG0和ΔS>0,表明吸附过程属于自发吸热反应,此外,该材料具有较好的稳定性,经过5次循环使用,吸附量仅降低18.4%。(2)利用水相/有机相分离原理,通过电纺丝技术一步法制备多孔pao纳米纤维垫。SEM图像表明,成功制备出了多孔pao纳米纤维垫。吸附数据分别采用动力学模型,等温线模型以及热力学模型拟合,结果表明,多孔pao纳米纤维垫对铀的吸附更符合准二级动力学模型,吸附等温线模型符合Langmuir吸附模型,其吸附属于化学吸附,单层饱和吸附容量为146.34 mg/g。热力学研究表明吸附过程属于自发吸热过程。且在重复利用方面,循环使用5次后,吸附效率仍达到初始吸附量的85%。(3)相对于常规的物理化学吸附法,电化学吸附法在选择性和吸附容量上都有明显的优势,本文以聚苯胺为研究对象,通过添加导电剂制成电化学电极,采用电化学方法对铀进行吸附。研究发现,在浓度为1000 mg/L的铀溶液中,电化学方法最大吸附容量高达1032 mg/g,而传统物理化学吸附法的最大吸附容量为68.5 mg/g,电化学吸附法吸附铀的能力比物理化学吸附法高15倍。SEM图观察证实电化学吸附法吸附后铀以电中性化合物在电极表面上沉积下来。循环伏安法证实了电化学吸附法U(VI)到U(IV)氧化还原过程。对两种吸附方法进行动力学模拟,发现电化学与物理化学吸附法都符合准二级动力学模型,吸附过程是受化学作用控制。在重复利用实验中,循环使用五次后,吸附效率仍然达到84.6%。

关键词：静电纺丝无机模板法相位分离法 pao纳米纤维垫电化学吸附法

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