腐殖酸及其铁、锰盐对铀（Ⅵ）在土壤中迁移的影响研究

发布时间：2020-07-17 08:23

【摘要】：六价铀(Ⅵ)是一种危害极大的放射性污染物,随铀废石堆在雨水浸蚀和流水浸渍冲刷下产生的酸性渗滤液流入土壤环境中,对人类健康与生态和谐构成严重威胁。腐殖酸(HA)及铁、锰元素作为土壤的必要成分,必然影响着铀(Ⅵ)在环境中的迁移转化和生物有效性。基于此,本文研究文结合静态批实验技术、材料表征手段、理论迁移实验模拟和赋存形态分析,考察了腐殖酸及其铁、锰盐对铀(Ⅵ)迁移的影响。本文首先利用六水合氯化铁以及四水合氯化锰,与腐殖酸相互作用形成腐殖酸铁、锰盐(本文简称为HA-Fe和HA-Mn)后,系统研究了接触时间、溶液pH、初始铀浓度和温度等因素影响下,HA-Fe、HA-Mn对水溶液中U(Ⅵ)的去除。实验显示,HA-Fe、HA-Mn的铀吸附量分别在pH=5时与pH=3时达到最大为21.64 mg/g与46.49 mg/g。经动力学与等温线分析发现,HA-Fe为典型的多相化学吸附,而HA-Mn为准二级动力学模型与Langmuir吸附等温模型的物理与化学并存的单分子层吸附。然后通过SEM、FT-IR、XRD、比表面积和孔径等表征研究了HA-Fe、HA-Mn吸附U(Ⅵ)的形貌、官能团、晶态、比表面积和孔径分布的变化规律。结果表明,HA-Fe的羟基、氨基和羧基等络合铀(Ⅵ),使HA-Fe的比表面积和结晶度增大。而HA-Mn本身的结晶度很高,U(Ⅵ)与HA-Mn的羟基、酰胺基、醛基、酮基和含氯基团等络合,使HA-Mn的比表面积减小,这也是HA-Mn吸附性能比HA-Fe强的原因。最后通过土柱吸附实验结果发现,在腐殖酸及其铁、锰盐的协助下,土壤固定的铀含量从1598.08 mg增加到1902.68 mg,提升幅度达19.06%,说明腐殖酸及其铁、锰盐能抑制铀(Ⅵ)在土壤中的迁移。值得注意的是,部分固定在土壤中的铀(Ⅵ)在雨水淋滤作用下能得以重新释放而迁移,并且pH=5.0的酸雨相对于中性雨水更能促进铀(Ⅵ)的迁移。结合BCR法测定铀形态结果发现,腐殖酸及其铁、锰盐增加了土壤中的Fe/Mn氧化物结合态铀与有机物及硫化物结合态铀的比重,这两种形态铀均不易在土壤中进行纵向迁移,利于土壤对铀的固定。这项研究可为土壤环境风险评估与铀废石场退役治理终态环境影响评价提供理论依据。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X131.3
【图文】：

腐殖酸,官能团,化学结构

南华大学硕士学位论文质是土壤中经长期腐殖化作用形成的天然高分子有机聚合物，约占土壤有机质0%～80%。腐殖质根据溶解度与颜色的差异，可分为三种结构相似、官能团不同对分子质量和元素含量不同的物质，即腐殖酸（Humic Acid，HA）、胡敏素（Hum黄腐酸（FulvicAcid，FA）[18]。腐殖酸溶于碱但不溶于酸，分子量高达数十万，由若干小分子之间的水键和氢键等结合而成，含有丰富的酚、羧基、亚甲基官能香结构和少量多聚糖[19]。（2）土壤腐殖酸的组成土壤腐殖酸的官能团形式多样、成分较复杂，含-OH、C-H、C-H2、C-H3、C==O、C-H、C-O 等官能团，芳香族和脂肪族化合物上的羧基和酚羟基是最主要的基团[20]。腐殖酸不仅有高含量的含氧官能团，还具有含 CH3化合物、脂肪烃、化合物。普遍认为腐殖酸中的邻苯二甲酸、水杨酸、苯甲酸和三羟基苯甲酸等化构与某些小分子的有机酸类似，如图 1.1 所示[21]：

腐殖酸,铀酰离子,配位方式,羧基

图 1.2 腐殖酸中羟基和羧基与铀酰离子的可能配位方式 1.2 中的三个反应式可看出，羧基在整个络合反应中起到了螯合、联等作用，UO2+2取代腐殖酸羧基上的氢原子，与羧基上的氧桥配人[39]用不溶性腐殖酸（Insolubilized Humic Acid，IHA）吸附废铀和 U(VI)离子强度对吸附的影响，并通过红外光谱和扫描电镜分析不溶性腐殖酸上的酚羟基与羧基通过离子交换作用与铀形成络合物合物被广泛报道，但其如何与土壤腐殖酸相互作用，以及如何影响然未被充分理解。）氧化还原作用酸与铀之间的氧化还原作用会影响铀在土壤中的流动性，因为铀溶原作用的基础条件，腐殖酸对铀酰离子的还原作用能降低其迁移能—还原电位（Eh）对铀的迁移影响显著。腐殖酸变质程度与其结构，同时变质程度也影响其氧化还原能力。腐殖酸变质程度越高，结

技术路线图,腐殖酸,技术路线,绪论

第 1 章绪论）通过动态吸附-解吸实验，室内模拟研究腐殖酸及其铁、锰盐对 U有效性的影响，测定渗滤渗滤液的体积、U(VI)浓度和 pH，绘制吸，结合 BCR 法测定铀在土壤中的纵向赋存形态，揭示腐殖酸及其留机理。技术路线目采取的研究技术路线如图 1.3 所示。

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