羟基磷灰石的制备及对铀酰离子的固定性能研究

发布时间：2020-07-10 10:14

【摘要】：铀是主要的核燃料,是国防、军事及电力能源等的关键战略资源。在全球能源日益紧缺的大背景下,积极发展安全核电成为核电工业发展的重要战略之一,核电的发展促使对铀资源需求量日益增加,在铀矿开采、冶制、提纯及尾矿处理处置等环节不可避免的会对场地的土壤、水体等造成污染。对铀污染的有效防控、减缓其在生态环境中的迁移、有效规避对生物和人类生命健康的威胁引起了公众的广泛关注。本文以水产品加工产生的鱼骨废弃物为原料,通过调控工艺参数,采用固相-煅烧法制备得羟基磷灰石材料。借助XRD、SEM、BET和FTIR等材料分析表征手段对制备的材料的形貌、粒度、孔隙度、结构与组成等特性进行了分析,分析筛选获得了结晶性良好,性能优越的纳米级颗粒状羟基磷灰石材料Bio-HAP_(600)。以Bio-HAP_(600)为去污剂,模拟含铀废水为对象,采用序批式静态实验考察Bio-HAP_(600)去除固定铀酰离子的性能,同时与商品购买的纳米羟基磷灰石材料Nano-HAP进行性能对照。根据实验研究所获结果,结合微观形貌和物相分析表征、理论模拟计算等手段对Bio-HAP_(600)与UO_2~(2+)的作用过程与机理进行了探究。在实验研究与理论分析的基础上,选用了实际铀污染土壤和水样品对所获材料的实际应用性能进行了考察,主要研究结论如下:1)通过调控制备工艺和技术参数,从废弃鱼骨中获得了结晶性良好,以羟基磷灰石Ca_(10)(PO_4)_6(OH)_2为主要成分的、比表面积达74.43m~2/g、均匀分布的纳米级颗粒状Bio-HAP_(600);2)以上述所得鱼骨基鱼骨基羟基磷灰石材料Bio-HAP_(600)为去污剂,模拟含铀废水为处理对象,对Bio-HAP_(600)去除铀酰离子的性能进行检验,同时与商品购买的纳米羟基磷灰石材料Nano-HAP进行性能对照,实验结果显示Bio-HAP_(600)对模拟含铀废水中的铀酰离子有很好的去除能力,反应在前10min内就基本达到了平衡,最大去除容量为384.56 mg/g,与Nano-HAP的结果相近;3)为深入探究Bio-HAP_(600)固铀的行为和机制,解读磷酸-铀酰矿物-钙铀云母Ca(UO_2)_2(PO_4)_2(H_2O)_6的纳米方薄片的花状堆积的生成,借助微观形貌和物相分析表征对Bio-HAP_(600)与UO_2~(2+)作用过程中的固相组分进行分析,结合固相转化成矿现象,提出Bio-HAP_(600)固定UO_2~(2+)的主要反应机制-溶解-化学矿化;4)为验证上述猜想,着眼于Bio-HAP_(600)与UO_2~(2+)作用过程中溶液主要离子含量变化,考察了Bio-HAP_(600)所释关键离子PO_4~(3-)在铀酰固定及钙铀云母形成中起的关键作用,理论模拟计算显示Bio-HAP_(600)与UO_2~(2+)的作用过程中PO_4~(3-)对铀酰的固定中起关键作用,支配着钙铀云母的生成,钙离子在UO_2~(2+)的固定去除中主要发生了离子交换作用;地球化学模拟计算软件对不同P/U比条件下磷酸根与铀酰作用的配比关系进行分析模拟,结果表明磷酸根与铀酰离子按照1:1的配比进行结合;5)Bio-HAP_(600)对实际矿山铀污染土壤和水样均有净化效果。Bio-HAP_(600)的加入在短期内可明显降低土壤中铀渗漏水平,暂缓污染土壤中铀在酸性条件下的释放,长期稳定性较差仍待进一步改进和提升;水样测试结果表明,Bio-HAP_(600)在复杂组分下对水中的铀依然具有较好的去除效果,同时也对其他重金属离子也有协同去除效果。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X771
【图文】：

路线图,铀酰离子,羟基磷灰石,鱼骨

图 1-1 鱼骨基羟基磷灰石的制备及对铀酰离子的固定性能研究技术路线图Fig. 1-1 The flow diagram of preparation of Bio-HAP and its immobilization properties of uranyl ions.本论文的研究创新点与特色

过程图,鱼骨,铀酰离子,过程

图 2-1 鱼骨基羟基磷灰石制备过程Fig.2-1 Preparation process of biogenic-hydroxyapatite (Bio-HAPT)羟基磷灰石材料对铀酰离子的去除实验

示意图,污染土壤,实验装置,示意图

图 2-2 铀污染土壤柱实验实验装置示意图ig.2-2 Schematic diagram of experimental device for uranium contaminated soil column水样选择了具代表性的铀矿区酸性和中性水样以及放射性实验室含铀废下以 140 r·min-1转速于恒温水浴振荡器中震荡反应, 取不同阶段的反应

【参考文献】