生物质碳及其金属复合物的制备及其铀吸附性能研究

发布时间：2020-05-23 03:23

【摘要】：铀资源作为核电行业中不可或缺的一部分,也是海洋中潜在的资源之一,其总储量极其丰富,相对于已知的陆地资源在总量上具有明显优势。将海水中所提取到的铀作为核工业的原料,这对于核电工业来说将是革命性的一步改变。然而,核工业放射性废水富含有大量的放射性铀元素,以及大量重金属物质均对人类健康极其有害。所以使得海水中的铀资源被人类所捕获和利用,使得核工业废液中的铀酰离子得到处理,具有极其重要的现实意义。生物质碳材料及其金属氧化物复合材料具有较好的吸附效果和低廉的成本,无论在海水提铀还是含铀废水的处理领域都有着巨大的发展潜力。本论文对天然葵花粉(SFP)进行简单的处理,并将其作为基底合成了MnO_2/SFP和TiO_2/SFP等复合物吸附材料。与此同时对不同实验条件对上述吸附材料进行铀吸附效果的影响进行了研究和探讨,实现了吸附实验条件的最优化,并对各材料在铀吸附过程中所涉及到的动力学、热力学和吸附等温线的类别进行了研究和确定。通过简单的处理得到了低成本绿色环保的葵花粉吸附材料,利用XRD、SEM、XPS、FT-IR等测试手段对葵花粉进行表征。葵花粉材料在最优pH值为5.0时,最大吸附容量可达到101.8 mg/g。葵花粉材料的铀吸附动力学过程更符合准二级动力学模型。热力学研究数据表明葵花粉涉及到的铀吸附过程属于吸热、可自发的过程。葵花粉吸附铀酰离子的过程符合Freundlich模型。将葵花粉作为基底,利用浸渍法,通过氧化还原反应,制备出了具有良好形貌的分级材料——MnO_2/SFP-3复合物。MnO_2/SFP-3复合物对铀酰离子呈现出较好的吸附效果,最优pH值为5.0时,最大吸附容量可达到147.7 mg/g。MnO_2/SFP-3复合物的铀吸附动力学过程更符合准二级动力学模型。热力学研究数据表明MnO_2/SFP-3复合物对铀的吸附过程属于一个吸热、可自发的过程。MnO_2/SFP-3复合物吸附铀酰离子的过程更符合Freundlich模型。将葵花粉通过溶胶凝胶法与TiO_2颗粒进行复合,得到的TiO_2/SFP复合物。在pH值为6.0时,最大吸附容量可达到215.7 mg/g。TiO_2/SFP复合物对溶液中铀吸附动力学过程更符合准二级动力学模型。热力学研究数据表明TiO_2/SFP复合物对铀酰离子的吸附属于一个吸热、可自发的过程。TiO_2/SFP复合物吸附铀的过程更符合Langmuir模型。
【图文】：

法国的塞拉芬等[52]研究了在多种离子高浓度共存的情况下，这有影响吸附材料对铀的吸附效果。不过氟离子是一个例外，在氟离子存在的系中材料对铀的去除效果减少了五成。腊的曼诺斯卡纳季奇斯等人设计合成了经典的层状金属硫化物并将其应用到铀的领域中，含有硫元素的层状金属复合材料是利用是通过层与层之间的离进而完成材料对铀的吸附[53]。在 19 世纪 60 年代，层状双氢氧化物(LDHs)就类研究的视野中[54]，到了 20 世纪初人们正式确定了水滑石层状双氢氧化物式，水滑石层状双氢氧化物也是一种无机层状复合物，属于二维结构材料，阴离子粘土的结构，与水镁石较为接近，此类材料可以应用在吸附分离、催医学器械等行业。层状结构水滑石的层板层间的阴阳离子利于同目标离子换作用，与此同时水滑石的表面通常具有一定的羟基，，羟基可与溶液中的铀Tomohito Kameda 等[55]将二价铁离子掺杂到镁铝水滑石的结构中，并对掺杂溶液里镉离子的吸附测试，吸附等温线模型复合 Langmuir 模型，吸附容量.5mmol/g。

图 1.2 金属有机复合材料进行铀吸附的机理图[59]生物质材料及其金属复合材料简介年来，生物质碳材料为首的低成本高产量农作物进入人们研究的视野中，这些材料可被用做吸附剂，进而实现对污染水体的处理和水体中金属离子的捕获[60碳材料的结构组成与单体微生物的极为相似，生物炭材料的主要结构是多糖类
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X771;O647.3

【参考文献】

相关期刊论文 前9条

1 蔡煜琦;张金带;李子颖;郭庆银;宋继叶;范洪海;刘武生;漆富成;张明林;;中国铀矿资源特征及成矿规律概要[J];地质学报;2015年06期

2 高军凯;顾平;张光辉;高鑫;侯立安;;吸附法处理低浓度含铀废水的研究进展[J];中国工程科学;2014年07期

3 张东起;侯锐;;武器弹药制造中的环保问题[J];中国军转民;2012年10期

4 饶林峰;;辐射接枝技术的应用:日本海水提铀研究的进展及现状[J];同位素;2012年03期

5 张斌;丁新民;段蕴铀;;贫铀对机体健康影响的研究进展[J];中国预防医学杂志;2011年05期

6 黄德明;朱路;;贫铀武器合法性的国际法考量[J];广西大学学报(哲学社会科学版);2011年02期

7 张学礼;徐乐昌;李先杰;王尔奇;魏广芝;胡鹏华;;某铀矿开采的生态环境影响评价[J];铀矿冶;2008年03期

8 周继国;刘刚;时有明;刘剑虹;常志文;;几种花粉的傅里叶变换红外光谱研究[J];光谱实验室;2008年02期

9 江泽民;;对中国能源问题的思考[J];上海交通大学学报;2008年03期

相关会议论文 前1条

1 李苗;孟国丽;宋秀芹;;以花粉为模板-诱导剂制备多级结构二氧化钛[A];中国化学会第九届全国无机化学学术会议论文集——D无机材料化学[C];2015年

相关重要报纸文章 前1条

1 郭衍莹;;坦克与反坦克武器的攻防决斗[N];中国国防报;2017年

相关博士学位论文 前1条

1 李松南;以蛋壳为原料制备多种吸附材料及其铀吸附性能研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

相关硕士学位论文 前6条

1 杨开源;MgO、ZnO多级结构的制备及铀吸附性能研究[D];哈尔滨工程大学;2017年

2 王飞鸿;氧化石墨基水凝胶的制备及其铀吸附性能研究[D];哈尔滨工程大学;2016年

3 李鸿鹏;生物质碳基分级结构金属氧化物的制备及电化学性能研究[D];哈尔滨工程大学;2016年

4 薛桂荣;葵花籽壳对溶液中铀酰离子的吸附性能研究[D];东华理工大学;2015年

5 李彦霖;超声辅助合成钙铝水滑石及其复合物对铬（Ⅵ）和铀（Ⅵ）的吸附[D];哈尔滨工程大学;2013年

6 张永莉;沸石/聚合物复合材料及其应用研究[D];天津大学;2006年

本文编号：2677069