TiO2/SFP铀吸附材料的制备及其吸附性能

本工作旨在合成一种高吸附性能、高选择性的吸附材料,实现重金属离子的去除和海水中铀资源的提取。将天然葵花粉(SFP)通过溶胶凝胶法与TiO₂颗粒进行复合,得到TiO₂/SFP复合材料。将合成材料进行扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等表征和吸附测试;在pH值为6.0时,材料最大吸附容量可达到215.7 mg/g。复合材料对于溶液中铀的吸附符合准二级动力学模型,是一个吸热、可自发的过程,其吸附等温线符合Langmuir模型,在模拟海水中材料对铀的去除率超过90%。     

H2O2活化蒙脱石对溶液中U(Ⅵ)的吸附

利用H₂O₂对蒙脱石进行活化，获得了活化蒙脱石吸附材料(A_X-MMT)，采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外谱图(FTIR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、比表面分析(BET)、表面Zeta电位分析等手段对活化样品进行了表征；采用静态批量实验法，考察了H₂O₂浓度、pH值、接触时间和共存阴阳离子对U(Ⅵ)在A_X-MMT上吸附率的影响。结果表明：活化保留了蒙脱石基础结构，其阳离子交换容量(CEC)有所减少，但层间距、比表面积、孔隙体积、表面酸位点和表面Zeta电位均有明显提升，对溶液中U(Ⅵ)的吸附性能显著增强；在最佳活性和吸附条件下(H₂O₂质量分数、pH值和接触时间分别为10%、6和24 h)，蒙脱石对U(Ⅵ)的吸附性能提升了8.5倍，吸附行为符合准二级吸附动力学模型；在共存阴阳离子的干扰下，H₂O₂活化蒙脱石能对U(Ⅵ)展现良好的吸附性能。     

H 2 O2活化蒙脱石对溶液中U(Ⅵ)的吸附

利用H₂O₂对蒙脱石进行活化,获得了活化蒙脱石吸附材料(A_X-MMT),采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外谱图(FTIR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、比表面分析(BET)、表面Zeta电位分析等手段对活化样品进行了表征;采用静态批量实验法,考察了H₂O₂浓度、pH值、接触时间和共存阴阳离子对U(Ⅵ)在A_X-MMT上吸附率的影响。结果表明：活化保留了蒙脱石基础结构,其阳离子交换容量(CEC)有所减少,但层间距、比表面积、孔隙体积、表面酸位点和表面Zeta电位均有明显提升,对溶液中U(Ⅵ)的吸附性能显著增强;在最佳活性和吸附条件下(H₂O₂质量分数、pH值和接触时间分别为10%、6和24 h),蒙脱石对U(Ⅵ)的吸附性能提升了8.5倍,吸附行为符合准二级吸附动力学模型;在共存阴阳离子的干扰下,H₂O₂活化蒙脱石能对U(Ⅵ)展现良好的吸附性能。     

聚苯胺/TiO2复合材料对U(Ⅵ)吸附性能的研究

采用溶胶-凝胶法合成二氧化钛（TiO₂）,并将苯胺聚合在TiO₂表面制备了聚苯胺（PANI）/TiO₂复合材料（PANI/TiO₂）。使用FT-IR、TGA和XPS表征了制备的TiO₂、PANI和PANI/TiO₂的表面功能基团、热稳定性和表面元素组成。研究了溶液pH值、吸附时间、U(Ⅵ)浓度和温度等因素对TiO₂、PANI和PANI/TiO₂吸附U(Ⅵ)的影响,探讨了3种材料对U(Ⅵ)的吸附动力学、等温线和热力学性质。FT-IR、TGA和XPS表征结果表明,成功制备了PANI/TiO₂复合材料。TiO₂、PANI和PANI/TiO₂吸附U(Ⅵ)的最佳pH值分别为5.0、4.5和5.0;吸附过程均符合Langmuir吸附等温模型和准二级吸附方程,TiO₂、PANI和PANI/TiO₂的单层饱和吸附量分别为11.49、22.41、43.29 mg/g;3种吸附剂对U(Ⅵ)的吸附过程均为自发的吸热过程。同时,PANI/TiO₂具有较好的循环使用性能,第5次使用时,吸附量仅降低了15.4%。     

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。     

Gd2O3-Nd2O3-ZrO2-CeO2体系的高温固相反应研究

为研究Gd₂O₃-Nd₂O₃-ZrO₂-CeO₂四元氧化物体系的高温固相反应,以Gd₂O₃、Nd₂O₃、ZrO₂、CeO₂混合粉体为原材料,在1 673 K和1 773 K温度下煅烧24、48、72 h,分别制备了系列样品,并对合成样品进行了XRD和SEM分析。结果表明,合成产物为具有缺陷萤石相且伴有少量烧绿石相的Gd_2-xNd_xZr_2-xCe_xO₇（0≤x≤2）晶体化合物。随着煅烧温度的升高和煅烧时间的延长,产物中立方烧绿石相的化合物增多,晶粒尺寸变大,且有少量未知相生成。进而探讨了锆基陶瓷固化多核素的潜在应用,并提出了未来研究的相关热点问题。     

Fe(OH)3胶体对铀的吸附行为

为研究地浸采铀工艺过程中Fe(OH)₃胶体对铀的吸附,利用在无水乙醇中制备的Fe(OH)₃胶体,研究了pH值、初始铀浓度及吸附时间等对Fe(OH)₃胶体吸附铀的影响。采用准一级、复合二级与Elovich动力学模型对数据进行了动力学计算与分析,结果表明Elovich 动力学方程更适合描述Fe(OH)₃胶体对铀的吸附行为。采用Freundlich与Langmuir等温吸附方程对实验数据进行了热力学分析和拟合,结果表明Freundlich模型更适合描述Fe(OH)₃胶体对铀的吸附行为。综合两种等温吸附方程,推测Fe(OH)₃胶体对铀的吸附属于不均匀表面的单层物理吸附。根据激光粒度分析与SEM分析结果推测,Fe(OH)₃胶体对铀具有较强的吸附性能,吸附主要是表面吸附。     

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。     

阻氚用Fe-Al渗铝层表面稳态相Al2O3膜生长机理研究

为阐释Fe-Al渗铝层表面暂态相Al₂O₃膜向稳态相α-Al₂O₃膜的转变机理,探索稳态相α-Al₂O₃膜制备的氧化工艺参数范围,采用掠入射角X射线衍射仪、辉光放电光谱仪、聚焦离子束、透射电镜等,结合热重分析对CLAM钢基体Fe-Al渗铝层在940～980 ℃、1 Pa～20 kPa参数下的氧化生长行为进行了深入表征与机理分析。研究结果表明,在1 Pa～20 kPa氧分压范围内Al₂O₃膜生长初期反应速率常数随着氧分压的升高而增大,而后期反应速率常数反而随之下降;采用掠入射角X射线衍射仪对3～180 min氧化不同时期表面Al₂O₃膜的相结构进行了掠入射角分析,推测Al2O3膜的生长经历了从氧化初期形成暂态相γ-Al₂O₃（15 min）→过渡态相α-（Al_0.948Cr_0.052）₂O₃（30 min）→稳态相α-Al₂O₃（120～180 min）的演变过程,最短相转变时间约60～90 min,连续Al₂O₃膜厚度约2 000 nm;同时,结合聚焦离子束对30、120 min形成的Al₂O₃膜表面进行了精确定向切割制样,并采用透射电镜选区电子衍射分析验证了相转变前Al₂O₃膜结构为过渡态相α-（Al_0.948Cr_0.052）₂O₃（113）,转变后为稳态相α-Al₂O₃（113）,证实了Cr作为第三组元促进暂态相向稳态相α-Al₂O₃的转变规律。     

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^?     

Formation mechanism of Al_2O_3/MoS_2 nanocomposite coating by plasma electrolytic oxidation(PEO)

In this study, an Al_2O_3/MoS_2 nanocomposite coating was created on an aluminum 1050 substrate using the plasma electrolytic oxidation method. The zeta potential measurements showed that small MoS_2 particles have negative potential and move toward the anode electrode.The nanoparticles of MoS_2 were found to have a zeta potential of-25 mV, which prevents suspension in the solution. Thus, to produce an Al_2O_3/MoS_2 nanocomposite, one has to use the microparticles of MoS_2. The X-ray diffraction analyses showed that the produced coatings contained α-Al_2O_3, γ-Al_2O_3, and MoS_2, and that the size of MoS_2 particles can be reduced to 30 nm. It was observed that prolonged suspension in the electrolyte results in an enhanced formation of an Al_2O_3/MoS_2 nanocomposite. Using the results, it was hypothesized that the mechanism of the formation of the Al_2O_3/MoS_2 nanocomposite coating on the aluminum 1050 substrate is based on electrical energy discharge.     

多孔石墨相氮化碳的制备及对U(Ⅵ)的吸附机理研究

以三聚氰胺为原料、碳酸钙为辅助模板,采用热聚合法对石墨相氮化碳（g-C₃N₄）进行改性,制备了多孔石墨相氮化碳（PCN）材料,研究了g-C₃N₄改性前后对U(Ⅵ)的吸附效果,并利用SEM、BET、FT-IR、XPS等表征手段对PCN吸附U(Ⅵ)的机理进行了分析。结果表明：PCN比表面积显著增大（58.5 m²/g）,约为g-C₃N₄的4倍;在初始pH=5、吸附时间2 h、U(Ⅵ)初始浓度10 mg/L、PCN用量0.2 g/L、温度303 K条件下,PCN对U(Ⅵ)的最大吸附量为92 mg/g;整个吸附过程符合准二级动力学方程以及Langmuir等温吸附模型;此外,升高温度有利于PCN对U(Ⅵ)的吸附。FT-IR、XPS表征结果表明,PCN中的含氮基团参与了PCN对U(Ⅵ)的吸附去除。     

四氧化三铁/氧化石墨烯纳米带复合材料对铀的吸附性能

以高锰酸钾/浓硫酸氧化法轴向切割多壁碳纳米管（MWCNTs）所制备的氧化石墨烯纳米带（GONRs）为原料,采用水热法制备了一种便于固液分离的功能性四氧化三铁/GONRs复合材料（MGONRs）,对其进行了SEM、FT-IR、XRD等表征,并考察了其对U(Ⅵ)的吸附性能。探讨了溶液pH值、MGONRs用量、铀初始浓度、吸附时间和温度对MGONRs吸附U(Ⅵ)的影响。结果表明：MGONRs对U(Ⅵ)的吸附过程是与pH值和时间相关的自发的吸热过程;吸附符合准二级动力学模型和Langmuir模型,MGONRs对U(Ⅵ)的吸附量可达123.2 mg/g,且具有良好的再生性能,有望用于从放射性废水中分离和回收铀。     

伊利石和高岭石对U(Ⅵ)的吸附

以伊利石和高岭石为吸附剂,通过静态吸附法研究了其对U(Ⅵ)的吸附特性。考察了接触时间、初始浓度、吸附剂质量、pH、温度、离子种类、腐殖酸等对其吸附效果的影响;采用红外光谱(FTIR) 对伊利石和高岭石的结构进行了表征。研究结果表明：伊利石和高岭石对U(Ⅵ)具有很强的吸附能力,在10 h、铀初始质量浓度为30 mg/L、吸附剂质量为0.04 g、pH=5的条件下,伊利石对U(Ⅵ)的吸附效果最好;在12 h、铀初始质量浓度为30 mg/L、吸附剂质量为0.01 g、pH=5的条件下,高岭石对U(Ⅵ)的吸附效果最好;随着温度的升高,伊利石和高岭石对U(Ⅵ)的吸附能力不断增强,尤其是伊利石;溶液中Mg²⁺、CO^2-₃、HCO^-₃显著降低了伊利石和高岭石对U(Ⅵ)的吸附效果;随着腐殖酸浓度的增加,伊利石对U(Ⅵ)的吸附能力提高,高岭石对U(Ⅵ)的吸附能力降低。     

Carbon deposition from a γ-irradiated CO2/CO/CH4/C2H6 gas mixture on the manganese oxides MnO, Mn3O4 and Mn2O3

The composition of oxides formed on steel surfaces within power reactors may influence heat transfer efficiency. Previous studies have indicated that carbon is deposited on spinal-type oxides containing manganese, iron, cobalt, nickel and chromium. In this investigation, characterised manganese oxides have been subjected to γ-irradiation under conditions similar to those experienced in reactors in an effort to understand the catalytic processes involved in deposit initiation and growth. Mn₃O₄ and Mn₂O₃, under the conditions present in the γ-cell, were reduced to MnO during the time of exposure. Relative carbon deposition rates were observed to follow the trend MnO>Mn₃O₄≈Mn₂O₃.     

1AW溶液中U、Np和Pu的分析

研究了H2O2同时调节镎、钚、铀价态至Np(Ⅳ)、Pu(Ⅳ)以及U(Ⅵ)的条件,在6mol/L HNO3浓度下,使用1.5%H2O2作为氧化还原剂对1AW进行调价,吸附上UTEVA柱并淋洗后,对钚、镎和铀进行洗脱。对模拟放射性样品进行预处理后,其中铀、镎、钚单独顺序洗脱的回收率分别为91.5%、119%、99.8%,137 Cs的去污因子高达7.4×104,单个样品操作时间约为1~1.5h;若钚洗脱后铀、镎同时洗脱并使用ED-XRF测量可以减少操作时间,铀、镎的回收率分别为102.4%、93.9%。均满足样品分析及辐射防护要求。     

阳离子有序相Ce2Zr2O7.97的石墨还原制备及其结构表征

采用石墨还原法探索了CeO₂-ZrO₂二元体系在不同还原温度、还原时间条件下的物相组成及结构,借助X射线衍射、红外振动光谱等手段对还原样品进行了物相表征及结构分析。实验结果表明：通过石墨还原能在较低温度（T_red＝1050 ℃）、较短时间（t＝24 h）内合成纯相Ce₂Zr₂O_7.97,较传统先还原（95%Ar+5%H₂,T_red≥1400℃,t＞48 h）后氧化（O₂或空气气氛）工艺更简单经济;Ce₂Zr₂O_7.97相能在1050～1300 ℃、24～72 h还原条件下稳定存在并保留至室温而不发生相分解,其机制可能归因于石墨所形成的弱还原环境;Ce₂Zr₂O_7.97相拥有与烧绿石Ce₂Zr₂O₇相近的有序阳离子亚晶胞结构,但由于其氧空位（O3、O4、O11）被大部分氧离子所填充,导致该相结构对称性降低。本文提出的石墨还原法制备富氧相Ce₂Zr₂O_7.97有望成为一种较传统制备工艺更简单经济的新方法,而Ce₂Zr₂O_7.97相能在还原气氛中稳定存在,可为An₂Zr₂O_7+x固化体的存放环境提供借鉴和参考。