偕胺肟材料TMP-g-AO的制备及其吸附铀的性能研究

发布时间：2020-10-10 14:03

　　 铀是一种重要的核能,对工业、农业、国防和科学技术都极为重要。陆地上的铀资源十分有限,其总储量不足海水中铀总储量的千分之一,海水中的铀资源能够为核工业的发展提供巨大的能源。偕胺肟基团对铀离子具有很高的选择性和亲和力,被认为是吸附铀最有效的配体之一。因此,偕胺肟基吸附剂在海水提铀中应用最为广泛。本研究中,通过化学共沉淀和化学改性法制备出新型偕胺肟基复合材料TMP-g-AO,并用SEM/EDS、FT-IR、XPS、N_2-BET和TGA对其进行表征。在pH8.2±0.1条件下探讨投加量、共存离子、反应时间、初始铀浓度以及温度等因素对TMP-g-AO吸附铀性能的影响,同时利用动力学、等温线和热力学模型研究其吸附行为和吸附机理,并通过解吸再生实验,探讨TMP-g-AO的稳定性、可重用性以及经济效能。最后,通过TMP-g-AO在海水和加标海水中的吸附研究,预测其在海水提铀中的应用潜能。从SEM/EDS分析中发现TMP为纳米级球形颗粒,随着化学改性的进行,其表面逐渐变得粗糙和致密;吸附铀后,TMP-g-AO材料表面发生显著变化,且其铀离子的含量达1.75%。FT-IR和XPS分析表明,接枝的氰基成功已转化为偕胺肟基,且吸附后与铀离子发生了络合反应。从N_2-BET分析计算出TMP-g-AO的比表面积、孔容、平均孔径分别为48.183m~2/g、0.116 cm~3/g和3.911 nm。此外,TGA分析结果表明TMP-g-AO的热稳定性较好,其中聚合的偕胺肟基团所占的质量比为26.07%,聚合的偕胺肟基团与丙烯腈接枝前的TMP-g的质量比为0.353:1。实验结果表明,TMP-g-AO吸附共存离子的顺序为U~(6+)Fe~(3+)Co~(2+)Pb~(2+)Ni~(2+)Zn~(2+)V~(5+)Cu~(2+),该材料对铀离子展现了较高的选择性和亲和力。准二级动力学模型更适合用来拟合其平衡数据,表明TMP-g-AO吸附铀主要为表面的化学吸附。Langmuir等温线模型能更好的拟合吸附过程,说明TMP-g-AO吸附铀是单层的化学吸附,其最大吸附量为35.37 mg/g。热力学参数(?H、?S和?G)的值表明,TMP-g-AO对铀离子的吸附是一个可行的、自发的、吸热过程。此外,采用0.1 M HCl作解吸剂,五次吸附解吸后吸附率仅下降了1.42%。TMP-g-AO对海水中的铀离子的吸附率高达81.92%。因此,TMP-g-AO在海水提铀领域中有潜在的应用前景。
【学位单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ424;TL212.5
【部分图文】：

图 1.1 不同 pH 条件下铀的形态分布海水提铀的国内外现状年来，世界上许多国家一直致力于海水提铀方法和技术的研究。英国是海水提铀的国家，先后采用磷酸二丁酯和间苯二酚胂酸树脂提取海水中后，又研究出海水提铀的新方法——吸附法，并从间苯二酚胂酸树脂、硫化铅以及钛酸等吸附剂中筛选出最有发展前途的无机吸附剂钛酸[20]。此在不同层次上陆续的展开了海水提铀的相关研究。是一个贫铀国（8000 吨），因而从 20 世纪 60 年代开始，就将目光投向海提铀方法和技术的研究。日本早期研究出的海水提铀方法和材料包括溶物质富集法（酸性多糖、甲壳素磷酸酯、壳聚糖磷以及磷酸纤维素等）子交换法（间苯二酚胂酸甲醛和 8-羟基喹啉树脂）、吸附法（主要有活性机离子交换树脂、PbS、水合二氧化钛和偕胺肟吸附剂）等[21]。数十年间

图 3.1 TMP-g-AO 合成路线示意图3.2 合成材料的性能表征3.2.1 扫描电镜/能谱分析扫描电镜被广泛的应用于研究吸附材料的形态学和表面特征。为了比较合成过程中获得的四种材料TMP(a)、TMP-g(b)、TMP-g-AN(c)以及TMP-g-AO(d)在形态上的差异，采用扫描电镜/能谱分析对其进行观察分析。如图3.2所示，可以清楚的观察到样品颗粒的粒径均为纳米级。图3.2(a)中，TMP样品为光滑的球形颗粒。使用KH-570表面改性后，图3.2(b)中TMP-g颗粒表面变得粗糙。此外，图3.2(c，d)中能观察到，颗粒的结构更加致密，并且在颗粒之间生成了许多不规则的物质，这可能是丙烯腈接枝和肟化反应过程改变了材料的表面结构。

第 3 章 TMP-g-AO 的制备及性能表征25图3.2 扫描电镜和能谱分析图3.2.2 傅里叶变换红外光谱图3.2为TMP(a)，TMP-g(b)，TMP-g-AN(c)和TMP-g-AO(d)四种材料的傅里叶变换红外光谱图。图3.3中a曲线上波数3582 cm-1、1564 cm-1处有–OH、P-O特征峰；b曲线上–OH特征峰消失，在波数3161、1406、1178和885 cm-1处分别有–CH2–、–Si–O–、–C–O–和–C=C–的特征峰出现，这表明KH-570表面改性成功；c曲线上波数2242 cm-1处有–C≡N–特征峰[86]，波数885 cm-1处特征峰消失，这都是由于丙烯腈接枝成功所引起的波峰变化；而在d曲线上波数2242 cm-1处的–C≡N–特征峰消失，新的特征峰–NH2（或–OH）、–C=N–、–C–N–和–N–O–分别在波数3194、1649、1269和920 cm-1处出现
【参考文献】

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本文编号：2835298