功能化β-环糊精改性高分子共聚物的合成及其对铀、钍的吸附再生

发布时间：2020-07-10 21:32

【摘要】：基于核电发展过程中海水提铀及高放废水中铀、钍回收等研究热点问题,目标合成一种廉价易得的新型高效吸附剂。本文合成了四种不同原料比例的β-环糊精/顺丁烯二酸酐-丙烯腈-顺丁烯二酸酐共聚物(β-CD/MAH-co-AN-co-MAH),将其进行偕胺肟化得到偕胺肟基-β-环糊精/顺丁烯二酸酐-丙烯腈-顺丁烯二酸酐共聚物(β-CD/MAH-co-AO-co-MAH),并利用红外(FT-IR)、热重(TGA)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、元素分析及比表面积测定等表征手段材料自身性质进行表征,并对吸附解吸实验后的材料结构和官能团的变化进行观察。通过批吸附实验探究材料吸附U(Ⅵ)、Th(Ⅳ)的吸附性能及机理。实验结果表明:肟化前后样品对铀的最大吸附容量分别为0.37 g/g、0.75 g/g;对钍的最大吸附容量分别为0.24 g/g、0.35 g/。β-环糊精、顺丁烯二酸酐、丙烯腈投料比为1:18:18时,偕胺肟基的存在以及结构的优化使得β-CD/MAH-co-AO-co-MAH对铀的吸附性能最好。β-CD/MAH-co-AO-co-MAH对铀的吸附受pH和阳离子(K~+Mg~(2+)Na~+)影响显著,但不同浓度的钠离子和不同种类的阴离子(ClO_4~-,Cl~-,NO_3~-)对吸附基本无影响。热力学拟合表明吸附过程符合Langmuir(R~2=0.9497)和D-R(R~2=0.9720)模型,且最大吸附量为0.75 g/g(pH 4.0,298 K)。由D-R模型可以计算得出平均吸附自由能E为8.47 kJ/mol,表明吸附过程为化学离子交换。吸附符合拟二级动力学模型,在50 min时达平衡,吸附机理主要是化学吸附或更强的表面络合作用。同时U-N的平均键长小于其他金属离子与氮原子的平均键长,使得其更倾向于在其他共存离子存在时选择性吸附铀。采用三种不同解吸溶剂进行解吸实验(HNO_3,HCl,Na_2CO_3),硝酸解吸效果最好,浓度为0.10 mol/L时解吸率即可达到90%,在基本不影响吸附率的情况下,材料可以重复使用12次。在20 min内达到平衡,是一个快速平衡过程。铀在β-CD/MAH-co-AO-co-MAH上的解吸是放热过程。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X771;O647.3
【图文】：

共聚物,扫描电镜,线性分子

州大学硕士学位论文功能化 β-环糊精高分子共聚物的合成及其对铀、钍的吸附再状结构，交联剂的作用是在线性分子之间产生化学键，使线性分子相互连接，成一个网络，所以样品比表面积增加。但是随着 AN 比例的增加，交联度增加材料变得更为紧密，使得样品比表面积减小。表 2-2 不同投料比例样品的比表面积测定Table 2-2 Determination of specific surface area for samples at different raw ratio ofmaterialsReaction rawmaterialsRatio of RawMaterialsSingle point surface areaat P/PO=0.300755832BET Surface Area(m2/g)β-CD 2.4588 2.8855β-CD:MAH:AN1:5:5 3.6160 4.15351:10:10 29.7295 30.71931:18:18 21.1607 21.40771:36:36 15.5680 15.98032.4.1.4 扫描电镜

投料比,原料,共聚物,肟基

上表可以看出，改性后的 β-环糊精功面引入了羧基及肟基等官能团。但随着这是因为在小比例时，三种原料通过交的增加，交联度增加，材料结构变得更结果与样品表观形态一致（图 3-5）。面上的孔隙，同样使得样品的比表面表 3-4 样品比表面积测定3-4 Determination of specific surface area forRatio of RawMaterialsBET Surface AreaSin2.4588 1:5:51:10:101:18:1823.3925 15.5680 3.9038 1:36:36 3.6021

吸附铀,吸附解吸,扫描电镜图

图 3-6 扫描电镜图 β-CD/MAH-co-AO-co-MAH(a); β-CD/MAH-co-AO-co-MAH 吸附铀(b);β-CD/MAH-co-AO-co-MAH 吸附解吸铀(c)Figure 3-6 SEM images of β-CD/MAH-co-AO-co-MAH (a); β-CD/MAH-co-AO-co-MAHadsorption of U(Ⅵ) (b); β-CD/MAH-co-AO-co-MAH desorption of U(Ⅵ) (c)3.4.1.5 X-射线衍射光谱图由图 2-7 中的曲线 a 可以看出，β-环糊精具有有许多小且尖的衍射峰，表明β-CD 的晶体结构；而改性后的材料 X-射线衍射谱图中仅存在一个宽的衍射峰，表明材料的无定形结构。材料吸附铀后，在 30o处出现新的衍射峰，而解吸后又恢复为一个宽泛的无定形结构，表明材料结构没有遭到破坏，这与扫描电镜表征所得的结果相一致。ab

【参考文献】