磷钼酸铵/聚丙烯酸复合凝胶吸附剂的合成及对铯的分离

以丙烯酸为基底合成了磷钼酸铵/聚丙烯酸复合吸附剂(AMP-PA)。采用红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）等方法对AMP-PA进行表征。研究了振荡时间、酸度、Cs⁺ 浓度对铯吸附的影响,及多种离子存在下吸附剂对铯离子的选择性吸附。静态实验结果表明：AMP-PA吸附铯大约5 h达到平衡;HNO₃浓度在0~3.0 mol/L范围内对铯的吸附量影响不大,吸附过程符合Langmuir方程,计算得到的最大吸附量达到4.7 mg/g;采用3.0 mol/L NH₄Cl+1.0 mol/L HNO₃解吸,解吸率大约为70%;多种离子存在下对铯离子具有选择性吸附。动态柱实验发现,AMP-PA对铯的吸附量为4.32 mg/g,解吸率约为50.4%。在高浓度杂质离子Na⁺、K⁺、Sr²⁺、Co²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Ca²⁺存在下,AMP-PA柱可以选择性分离铯,在铯的淋洗液中Co²⁺低于检测限,含量最高的Fe³⁺分离因子为3,浓度比起始浓度降低四个数量级。     

PVP包覆纳米Fe3O4对U（Ⅵ）的吸附

以聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone, PVP）包覆纳米Fe₃O₄（以Fe₃O₄@PVP表示,下同）作为U（Ⅵ）吸附剂,开展了pH值、初始铀浓度、吸附温度、离子强度、吸附时间等因素对吸附U（Ⅵ）的影响研究,同时进行了吸附等温线、吸附动力学、吸附热力学与循环利用研究。结果表明,在pH=6.00、温度为20～40℃时,Fe₃O₄@PVP吸附U（Ⅵ）达到平衡的时间为5～60 min,单次铀吸附率均大于75%。该吸附过程符合准二级吸附动力学模型,温度为20～40℃时,准二级吸附速率常数为0.000 646～0.012 500 g/（mg·min）;该过程符合Redlich-Peterson与Langmuir等温线模型,根据Langmuir等温线预估20～40℃时Fe₃O₄@PVP吸附U（Ⅵ）的饱和吸附容量为185.8～291.0 mg/g。此吸附过程是一个吸热过程（标准吸附焓变ΔH^?     

PVP包覆纳米Fe3O4对U（Ⅵ）的吸附

以聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone, PVP）包覆纳米Fe₃O₄（以Fe₃O₄@PVP表示,下同）作为U（Ⅵ）吸附剂,开展了pH值、初始铀浓度、吸附温度、离子强度、吸附时间等因素对吸附U（Ⅵ）的影响研究,同时进行了吸附等温线、吸附动力学、吸附热力学与循环利用研究。结果表明,在pH=6.00、温度为20～40℃时,Fe₃O₄@PVP吸附U（Ⅵ）达到平衡的时间为5～60 min,单次铀吸附率均大于75%。该吸附过程符合准二级吸附动力学模型,温度为20～40℃时,准二级吸附速率常数为0.000 646～0.012 500 g/（mg·min）;该过程符合Redlich-Peterson与Langmuir等温线模型,根据Langmuir等温线预估20～40℃时Fe₃O₄@PVP吸附U（Ⅵ）的饱和吸附容量为185.8～291.0 mg/g。此吸附过程是一个吸热过程（标准吸附焓变ΔH^?     

磷钼酸铵/聚丙烯酸复合凝胶吸附剂的 合成及对铯的分离

以丙烯酸为基底合成了磷钼酸铵/聚丙烯酸复合吸附剂(AMP-PA)。采用红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）等方法对AMP-PA进行表征。研究了振荡时间、酸度、Cs⁺ 浓度对铯吸附的影响，及多种离子存在下吸附剂对铯离子的选择性吸附。静态实验结果表明：AMP-PA吸附铯大约5 h达到平衡；HNO₃浓度在0~3.0 mol/L范围内对铯的吸附量影响不大，吸附过程符合Langmuir方程，计算得到的最大吸附量达到4.7 mg/g；采用3.0 mol/L NH₄Cl+1.0 mol/L HNO₃解吸，解吸率大约为70%；多种离子存在下对铯离子具有选择性吸附。动态柱实验发现，AMP-PA对铯的吸附量为4.32 mg/g，解吸率约为50.4%。在高浓度杂质离子Na⁺、K⁺、Sr²⁺、Co²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Ca²⁺存在下，AMP-PA柱可以选择性分离铯，在铯的淋洗液中Co²⁺低于检测限，含量最高的Fe³⁺分离因子为3，浓度比起始浓度降低四个数量级。     

HBTMPDTP对~(244)Cm萃取行为的研究

研究了二(2,4,4 三甲基戊基)二硫代膦酸(HBTMPDTP)从NaNO3 HNO3介质中萃取示踪量244Cm的行为。考察了搅拌时间、离子强度、平衡水相pH值、萃取剂浓度和温度等因素对萃取平衡的影响,给出了萃取反应方程式。计算得到萃取平衡常数Kex=10-7.84±0.09,萃取反应焓ΔH0=17.4kJ/mol,熵ΔS0=-95.2(J·mol)/K。     

水铝英石对Cs的吸附及固化性能研究

¹³⁷Cs在乏燃料中具有高产额、强放射性、高释热等特点，为将¹³⁷Cs进行稳定固化保证其长期处置安全，本文研究了水铝英石对Cs的吸附性能、固封性能和固封机制。通过调控溶液的初始浓度和pH值，研究了水铝英石对Cs的吸附性能。结果显示，在pH=5条件下，Cs的吸附率为90%,饱和吸附容量达11.1 mg/g。Cs在水铝英石上的吸附为单层吸附与多层吸附的共同作用。通过冷压-烧结工艺制备了铯榴石陶瓷固化体，研究了烧结温度和固化配方对烧结产物性能的影响。实验表明，烧结温度为1 200℃时，可生成铯榴石晶相，减容率超过55%,Cs固定率接近100%,说明水铝英石能稳定固封Cs。固化体的晶相结构与Cs的含量有关，当Cs质量含量为1%时，K原子在高温下能与Cs发生类质同象，形成Cs_xK_1-xAlSi₂O₆混晶结构，达到10%时主要为铯榴石晶相。密度泛函(DFT)计算揭示，Cs以离子键和共价键形式与铯榴石晶体中的其他原子结合。     

二氧化铀对CO和CO2的吸附热力学

采用静态吸附容量法,测定了温度273～303K、压力0～1kPa范围内,CO和CO₂在UO₂表面的吸附等温线,研究了CO和CO₂的吸附热力学性质。结果表明,Langmuir方程和Freundlich方程分别是描述CO和CO₂吸附的最优模型方程。CO₂的吸附强度明显高于CO的,实验条件下,CO和CO₂的最大吸附量分别为0.36和1.25μmol/g。CO的吸附热为26kJ/mol,表明吸附为物理吸附;CO₂的吸附热随吸附量增加而减小,当吸附量由0.3μmol/g增至0.8μmol/g时,吸附热由46kJ/mol降至37kJ/mol,表明吸附同时存在化学吸附和物理吸附。     

榕树叶-活性污泥协同曝气吸附铀的热动力学

通过吸附动力学实验及等温吸附实验,研究了20~50 ℃榕树叶-活性污泥协同曝气吸附铀的热动力学性质.结果表明,调节pH=3.0,吸附时间60 min,榕树叶-活性污泥体系对初始质量浓度为100 mg/L的UO2+2的吸附率超过99%,室温20 ℃下最大吸附量达到13.055 mg/g.吸附动力学过程可用准二级吸附速率方程来描述,计算值与实测值吻合良好,相关系数达0.99以上.吸附平衡符合Langmuir和Freundlich等温吸附方程,相关系数都大于0.98,体现了单层吸附与多层覆盖相结合的吸附模式;求得反应的ΔH=-45.2 kJ/mol, ΔS=-46.2 J/(mol·K), ΔG分别为-31.7(20 ℃), -31.2(30 ℃), -30.7(40 ℃), -30.3(50 ℃) kJ/mol.根据ΔG<0, ΔH＜0及平均吸附能大小判断,榕树叶-活性污泥协同曝气体系吸附铀是自发、放热的物理吸附反应.     

模拟吸附放射性同位素137Cs和90Sr的Cd-MOFs材料合成及评价

为吸附后处理产生的高放废液玻璃固化过程中大量的放射性同位素⁹⁰Sr和¹³⁷Cs,采用溶剂热法合成阴离子型金属有机骨架［DMA］2［Cd₃(FDC)₄］·2H₂O,并评价其对锶、铯离子的吸附能力。采用粉末X-射线衍射、傅里叶红外和热重等方法确认Cd-MOFs的结构。扫描电子显微镜结果显示,在吸附Cs和Sr元素后,Cd-MOFs形貌没有发生明显变化。同时荧光发射光谱证实,Cd-MOFs吸附铕离子后,能够很好敏化铕离子,使材料发射出红色荧光。对锶、铯离子吸附实验结果显示,对锶、铯离子在前50 min即可完成超过50%的吸附,对铯离子的最大吸附量为63.94 mg/g,对锶离子的最大吸附量为53.06 mg/g。通过吸附动力学研究发现,Cd-MOFs对Cs和Sr离子的吸附均符合准二级动力学模型,证明对Cs和Sr离子的速率决策步为化学吸附。推测水合离子半径、有机骨架螺旋链间螺距等因素均对吸附效果有影响。     

水合二氧化锰对Co2+的吸附行为研究

以KMnO₄为原料合成了水合二氧化锰（HMO）,采用XRD、BET、TG-DTA和FT-IR对HMO进行了表征。在此基础上,研究了各实验条件对HMO吸附Co²⁺的影响,并将其用于含⁶⁰Co废水的实际处理研究。结果表明：HMO对溶液中的Co²⁺具有良好吸附能力,在pH=7、T=298 K条件下,其最大吸附量达132.98 mg/g;溶液pH值能显著影响Co²⁺在HMO上的吸附,在实验pH值范围内,吸附量随pH值增大而增加;在钴初始浓度相同的条件下,吸附量随温度升高而增加;Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺等离子的存在对HMO吸附Co²⁺具有一定影响。HMO对Co²⁺的吸附过程符合准二级动力学模型（R²＞0.99）,推测吸附过程中可能存在一定的化学吸附;吸附热力学行为可用Langmuir等温吸附方程进行描述（R²＞0.99）,表明Co²⁺在HMO上为单分子层吸附;由吸附热力学数据ΔH=46.96 kJ/mol、ΔG=-26.09 kJ/mol可知,此吸附行为是自发进行的吸热反应。另外,在实际处理含⁶⁰Co废水的动态柱实验中,HMO对初始放射性浓度为2.78×10⁵ Bq/L的⁶⁰Co废液的去除率可达56.90%。     

Al2O3色层法从低浓铀靶件中分离99Mo条件研究

在裂变⁹⁹Mo的生产工艺中,常用Al₂O₃色层法分离纯化⁹⁹Mo。为建立Al₂O₃色层法从低浓铀(LEU)靶件中分离裂变⁹⁹Mo的工艺,考察吸附时间、温度、酸度、预处理方式等对Al₂O₃吸附Mo效果的影响。研究采用Al₂O₃色层法从不同浓度HNO₃溶液中分离Mo。测定Al₂O₃色层法对Al和主要杂质元素Sr、Ru、Zr、Te、Cs、I的去污系数。研究结果表明,在0.05~0.1 mol/L HNO₃介质中Al₂O₃对Mo有出色的吸附性能,Mo吸附率在99%以上,在NH₄OH溶液中Al₂O₃不吸附Mo。经500 ℃活化3 h预处理得到的Al₂O₃-C具有更大的比表面积,且在HNO₃浓度大于0.1 mol/L时相比于150 ℃活化3 h预处理得到的Al₂O₃-B以及未经高温预处理得到的Al₂O₃-A对于Mo有更好的吸附性能。采用该工艺,通过Al₂O₃色层法从模拟的LEU靶件溶液中提取Mo,Mo回收率大于90%,Al₂O₃色层法对裂变杂质元素Ru、Sr、Zr、Te、Cs等的去除率均大于99.99%,对¹³¹I的去除率大于92%。由此可见,Al₂O₃在HNO₃介质中对Mo的吸附率高,能够有效地去除⁹⁹Mo产品中的杂质核素,适用于从低浓铀靶件中分离裂变⁹⁹Mo。     

NH4HF2氟化制备UF4工艺及热力学研究

采用自制氟化反应器,以NH₄HF₂为氟化剂,开展了不同反应温度、氟化剂过量比条件下NH₄HF₂氟化制备UF₄工艺研究,实验获得了反应温度、NH₄HF₂过量比对氟化效率的影响规律,采用化学分析结合X射线粉晶衍射法对反应产物进行鉴定。研究结果表明：温度为573、673、823 K时,氟化产物中UF₄含量随NH₄HF₂过量比的增加而逐渐增大,当温度为723、773 K时,氟化率随NH₄HF₂过量比的增加呈先增大后减小的趋势。温度为723 K、NH₄HF₂过量比为300%时,该反应氟化率最大,为92.53%。反应温度为573～823 K时,该氟化反应氟化产物中包括4NH₄F·UF₄、NH₄F·3UF₄、3...     

一维普鲁士蓝/硅藻土复合材料对Cs+的吸附

含137Cs的放射性废水处理在核能及核技术应用中具有重要意义。以表面活性剂十六烷基三甲基溴化钾和十二烷基磺酸钠为模版，合成了一维结构的普鲁士蓝并将其附着在硅藻土表面，制备成一维普鲁士蓝/硅藻土复合材料；在不同的温度、吸附时间、pH值下，分别探究了一维普鲁士蓝/硅藻土复合材料对Cs⁺的吸附性能，并研究了溶液中其他阳离子对吸附的影响。结果表明：一维普鲁士蓝/硅藻土对Cs⁺的吸附能力随温度（293～318 K）的升高而增加（从42.4 mg/L到61.6 mg/L），其吸附行为符合Langmuir等温线和准二级动力学方程。     

聚丙烯腈-亚铁氰化钾钴/钛球形复合吸附剂制备及其对Cs+的吸附性能研究

本文合成了聚丙烯腈-亚铁氰化钾钴/钛球形复合吸附剂（PAN-KCoCF和PAN-KTiCF）,通过静态吸附实验,研究了接触时间、pH值、竞争离子、Cs⁺初始浓度等对PAN-KCoCF和PAN-KTiCF吸附Cs⁺效果的影响,分析了吸附过程的反应动力学和吸附等温线,并用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、X射线衍射仪（XRD）等对吸附剂进行了分析。结果表明,PAN-KCoCF和PAN-KTiCF对Cs⁺的吸附平衡时间均为16 h,随着pH值的增加,PAN-KTiCF对Cs⁺的吸附量先快速增大,随后趋于平缓,而PAN-KCoCF对Cs⁺的吸附量几乎不变,溶液中含K⁺、Na⁺、NH⁺₄、Ca²⁺或Mg²⁺等竞争离子时,PAN-KCoCF相比PAN-KTiCF对Cs⁺的选择性更高;PAN-KCoCF和PAN-KTiCF对Cs⁺的吸附动力学行为可用准二级动力学方程来描述,表面吸附为动力学控制的主要步骤;吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,为单分子层吸附,PAN-KCoCF和PAN KTiCF对Cs⁺的饱和吸附量分别可达128.370、278.552 mg/g。     

真菌曲霉F77对水中Cs~+的吸附

微生物在环境放射性污染修复中具有广泛的应用前景。从放射性污染土壤中筛选出一株耐辐射真菌曲霉F77,研究了它对水中Cs+的吸附及其影响因素。结果表明:酸对Cs+在曲霉F77上的吸附存在竞争作用,pH=2.0~3.5溶液中的Cs+几乎不被曲霉F77吸附;曲霉F77生长过程中代谢产生大量的酸性物质;Cs+的吸附随着曲霉F77培养时间的增长而增大,在曲霉F77逐渐衰亡时吸附降低;K+质量浓度小于500mg/L时对Cs+在曲霉F77上的吸附没有影响,当K+质量浓度大于500mg/L时Cs+的吸附随K+浓度增大而减少;溶液中Cs+质量浓度为0~500mg/L范围内,曲霉F77对Cs+均有较高的吸附,Cs+质量浓度为500mg/L时,Cs+的吸附量为27.6mg/g。温度影响曲霉F77对Cs+吸附的快慢,不影响最后的吸附量;曲霉F77对Cs+具有较好的吸附性能,表明曲霉F77具有吸附剂的潜质。     

γ辐照和热作用下硅基磷钼酸铵对Cs的吸附行为

采用旋转蒸发减压法将磷钼酸铵（AMP）担载入多孔SiO₂中制备复合吸附剂,研究了其在⁶⁰Co γ辐照、温度、共存离子等条件下对Cs(Ⅰ)的吸附性能影响。结果表明：吸附剂粒径为90 μm,平均孔径18 nm;400 ℃附近AMP发生明显的热解反应,（2 2 0）晶面的21.62°峰强减弱,同时检测到MoO₃的产生。γ辐照会引起部分AMP由晶相转变为非晶相,经计算在吸收100 kGy剂量后吸附剂是平均晶粒尺寸为383Å（1 Å=0.1 nm）、边长为11.6 Å的正方体晶胞,但辐照对Cs(Ⅰ)的饱和吸附容量和分配系数的影响较小。吸附剂在0.1~7.0 mol/L HNO₃的模拟废液中对Cs(Ⅰ)的吸附选择性强,吸附过程为离子交换、符合Langmuir吸附模型。     

新型磁性螯合聚合物的合成及其对铀吸附性能的研究

合成了一种新型的、具有高吸附量和机械强度且易于分离的双偕胺肟基聚合物/Fe₃O₄@SiO₂吸附剂,通过静态吸附实验,研究了pH值、固液比、吸附时间、溶液初始浓度等因素对吸附剂吸附铀的影响,并探讨了吸附过程的热力学和动力学。结果表明,吸附剂对铀的吸附量随吸附剂用量、吸附时间及铀酰离子初始浓度的增加而增加,但当这些因素达到一定值时,吸附达到平衡。最佳吸附条件为：pH=5、固液比为0.6 g/L、吸附时间为90 min、铀溶液初始浓度为100 mg/L,在此条件下其饱和吸附量可达到160 mg/g。吸附剂对铀的吸附遵循Langmuir等温吸附线,符合准二级动力学方程。     

t-BAMBP分离铷钾萃取机理及热力学函数研究

为了提取稀有金属铷,研究了4-叔丁基-2-(α-甲苄基)酚(t-BAMBP,简称ROH)/二甲苯从高含量Na ,K 的碱性水溶液中萃取铷、钾的萃取机理。通过考察分配比D与pOH以及ROH浓度的关系,使用斜率法和饱和法测得萃取反应的萃合物组成为MOR.2ROH(M为K ,Rb ),证明了萃取机理为阳离子交换反应,确定萃取反应式为:M( a) OH(-a) 3ROH(o)MOR.2ROH(o) H2O(a),进而计算得Rb,K的表观平衡常数K分别为2.729和1.317。由分配比与温度的关系,求得Rb,K的萃取热焓ΔH分别为-48.65,-23.99 kJ/mol,由ΔH以及表观平衡常数K计算得Rb,K的萃取反应的自由能ΔG分别为-2.487,-0.683 kJ/mol;熵变ΔS分别为-154.9,-78.21 J/(K.mol),证明萃取反应是放热反应。Rb的萃取能力大于K。     

聚丙烯腈-钛硅酸钠球形复合吸附剂对Cs+的吸附性能研究

通过静态吸附实验,研究了接触时间、溶液pH值、共存离子、Cs⁺初始浓度等对聚丙烯腈-钛硅酸钠（PAN-NaTS）吸附Cs⁺性能的影响,从动力学、吸附机理和热力学方面对吸附过程进行了分析,并用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)对吸附剂进行了表征。结果表明：PAN-NaTS对Cs⁺的吸附平衡时间约为20 h;最佳pH值为3.90~10.87;溶液中含K⁺、Na⁺、NH⁺₄、Ca²⁺或Mg²⁺时会抑制PAN-NaTS对Cs⁺的吸附。PAN-NaTS对Cs⁺的吸附动力学数据符合准一级动力学方程,且颗粒内扩散和膜扩散共同控制吸附速率,颗粒内扩散是决定吸附速率的关键。PAN-NaTS对Cs⁺的吸附符合Langmuir等温吸附模型,吸附过程为单分子层吸附;PAN-NaTS对Cs⁺的饱和吸附容量可达219-298 mg/g。     

UiO-66-(COOH)2的合成及其对锂同位素吸附分离性能研究

为研究金属有机骨架材料对⁷Li的吸附分离性能,本研以水作为溶剂,四氯化锆和均苯四甲酸为起始原料,采用水热法合成金属有机骨架材料UiO-66-(COOH)₂,对合成材料的形貌、孔径、热稳定性等进行表征与分析;通过静态吸附实验探讨吸附时间、反应温度、溶液浓度对UiO-66-(COOH)₂锂离子吸附性能及同位素分离因子的影响;并对Li⁺浓度、⁶Li/⁷Li同位素丰度进行测定。结果表明,UiO-66-(COOH)₂可实现对锂的吸附以及⁷Li的分离,且在293 K Li₂CO₃溶液中,每0.05 g UiO-66-(COOH)₂对10 mL 0.05 mol/L Li₂CO₃进行4 h的静态吸附,最大吸附量Q为9.53 mg/g,分离因子S（⁷Li/⁶Li）为1.019 54。研究结果为⁷Li的分离提供了新途径。