若干低浓度无机离子的富集与检测过程研究

发布时间：2017-10-06 06:27

  本文关键词：若干低浓度无机离子的富集与检测过程研究

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【摘要】：六氟化铀是核原料生产过程中的重要中间体,也是目前唯一可以用于气体离心分离提取235U的铀化合物。在六氟化铀生产、储运及离心分离235U的过程中,不可避免的会产生含有少量的六氯化铀、氟化氢的尾气。如何直接回收这些低浓度铀,并使回收后的溶液达到排放标准,一直是中核集团的一个技术难题。另外,铀通常与铁、铝、锌、氟等无机离子共生,且通常采用的核燃料棒也是U-Al合金。因此,如何快速、便捷地检测上述微量组分,也是核工业中的一大难题。本论文重点针对六氟化铀碳酸钠碱吸收液中,低浓度铀的富集、回收处理问题进行研究。并在回收铀的基础上,发展、建立了在铀分离领域,几种常见无机离子的荧光检测方法。具体内容如下：第一章绪论部分,主要介绍了铀及其化合物的性质,综述了铀的富集回收方法和机理,以及相关离子的检测方法,并提出了解决方法和设计思路。第二章设计合成了两种廉价易得的聚苯乙烯马来酸酐胺解产物：聚苯乙烯马来酸酐/环己胺树脂(PSMA/CHA)和聚苯乙烯马来酸酐/邻苯二胺树脂(PSMA/OPDA)。在酸化后的六氟化铀碱吸收液废液中,应用PSMA/CHA进行铀的富集、回收。通过研究pH、树脂用量、温度、时间等影响因素,确定了这两种树脂对铀酰离子的最佳吸附条件。同时,我们研究了小分子1-亚硝基-2-萘酚对铀的配位条件,成功地将其直接应用于六氟化铀碱吸收液废液中,进行低浓度碳酸铀酰的富集回收。该方法的处理效果达到了废液排放标准,在核工业中低浓度的铀富集方面,具有重要的科学及应用价值。第三章在富集六氟化铀中铀的基础上,设计合成了两种能够检测低浓度氟离子的基于羟苯基苯并噻唑(HBT)的荧光探针L1H和L2H。含有羟基的L1H合成过程简单,在检测氟离子时表现出了比率型光谱性质,可用于微量氟离子的检测。而在羟基的邻位接枝醛基形成L2H后,能够显著提高对氟离子的选择性检测。光谱研究表明这两种荧光探针都是通过氢键形成与质子离去这两个过程,实现了对氟离子的检测。核磁滴定和DFT计算模拟L2H与氟离子的结合方式对该机理进行了证明。第四章以HBT为荧光基团,通过2-氨基苯酚与L2H缩合反应合成希夫碱荧光探针L3。荧光探针L3可以分别在有机溶剂和水溶液中检测铝离子。所有相关金属离子中,只有铝离子能高选择性地引起探针L3的荧光变化。利用核磁滴定、红外光谱以及DFT计算证明L3与铝离子的配位模式,并详细论证了其与铝离子的相互作用。第五章设计合成了可以高选择性地检测低浓度锌离子的荧光探针L4。针对荧光探针L3在检测铝离子的过程中锌离子干扰的状况,我们将苯胺替代2-氨基苯酚,改变了荧光探针的结构,选择性地识别锌离子。通过光谱研究和DFT计算得到了荧光探针L4与锌离子的配位模式。第六章主要是设计合成了以2-(2-羟基苯基)苯并噻唑为荧光基团用于检测铁离子的荧光探针L5。紫外吸收光谱与荧光发射光谱证明,相较于其它相应的金属离子,L5在乙腈溶液中对铁离子有较高的选择性和灵敏度。通过核磁滴定实验和红外光谱研究,证明了荧光探针L5与铁离子的配位模式。
【关键词】：铀酰/碳酸铀酰离子 富集 螫合配体 氟离子 荧光探针检测
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ136.2;O652
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-12
• 第一章 绪论12-44
• 1.1 铀元素的富集12-24
• 1.1.1 铀的概况12-15
• 1.1.2 常用的铀富集方法15-19
• 1.1.3 螯合树脂概述19
• 1.1.4 螯合树脂的影响因素19-21
• 1.1.5 螯合树脂在铀分离富集方面的应用研究21-24
• 1.1.6 小分子化合物在铀的分离方面的应用前景24
• 1.2 分子荧光探针对低浓度离子的检测24-26
• 1.2.1 分子荧光探针的基本概念24-25
• 1.2.2 分子荧光探针的主要类型25
• 1.2.3 羟基苯基苯并噻唑(HBT)的机理25-26
• 1.3 小分子氟离子荧光探针的研究现状26-30
• 1.4 铝离子荧光探针的研究现状30-31
• 1.5 锌离子荧光探针的研究现状31-33
• 1.6 铁离子荧光探针的研究现状33-34
• 1.7 本论文主要研究工作34-36
• 参考文献36-44
• 第二章 聚苯乙烯马来酸酐改性树脂及1-亚硝基-2-萘酚对低浓度铀的富集44-65
• 2.1 引言44-45
• 2.2 实验部分45-50
• 2.2.1 实验试剂45
• 2.2.2 实验仪器45-46
• 2.2.3 聚苯乙烯马来酸酐(PSMA)的合成46
• 2.2.4 聚苯乙烯马来酸酐/环己胺(PSMA/CHA)的合成46
• 2.2.5 聚苯乙烯马来酸酐/邻苯二胺(PSMA/OPDA)的合成46-47
• 2.2.6 铀酰配合物的合成47
• 2.2.7 PSMA、PSMA/CHA和PSMA/OPDA的组成分析47
• 2.2.8 PSMA、PSMA/CHA的红外光谱分析47-48
• 2.2.9 PSMA、PSMA/OPDA的红外光谱分析48
• 2.2.10 铀酰离子回收率的计算48-49
• 2.2.11 标准曲线的绘制49
• 2.2.12 最佳吸附条件的确定49-50
• 2.3 结果与讨论50-62
• 2.3.1 pH值对PSMA/CHA富集铀的影响50-51
• 2.3.2 树脂用量PSMA/CHA富集铀的影响51
• 2.3.3 温度及铀浓度对PSMA/CHA富集铀的影响51-52
• 2.3.4 时间对PSMA/CHA富集铀的影响52
• 2.3.5 pH值对PSMA/OPDA富集铀的影响52-53
• 2.3.6 树脂用量对PSMA/OPDA富集铀的影响53
• 2.3.7 温度与时间对PSMA/OPDA富集铀的影响53-54
• 2.3.8 PSMA/CHA在六氟化铀废液中富集铀的应用研究54-55
• 2.3.9 利用1-亚硝基-2-萘酚直接处理六氟化铀碱吸收液的研究55-58
• 2.3.10 pH对1-亚硝基-2-萘酚富集铀的影响58-59
• 2.3.11 1-亚硝基-2-萘酚用量对富集铀的影响59-60
• 2.3.12 温度和时间对1-亚硝基-2-萘酚富集铀的影响60
• 2.3.13 1-亚硝基-2-萘酚富集铀的动力学研究60-61
• 2.3.14 1-亚硝基-2-萘酚对低浓度铀的富集影响61-62
• 2.4 小结62-63
• 参考文献63-65
• 第三章 一种低浓度氟离子荧光探针的设计合成与测试65-81
• 3.1 引言65-67
• 3.2 实验部分67-68
• 3.2.1 实验试剂67
• 3.2.2 实验仪器67
• 3.2.3 L~1H的合成与表征67
• 3.2.4 L~2H的合成及表征67-68
• 3.2.5 紫外吸收光谱及荧光发射光谱测定68
• 3.2.6 DFT理论计算研究68
• 3.3 结果与讨论68-76
• 3.3.1 L~1H的紫外吸收光谱及荧光发射光谱研究68-70
• 3.3.2 L~2H的紫外吸收光谱与荧光发射光谱研究70-73
• 3.3.3 L~2H的核磁滴定研究73-75
• 3.3.4 L~2H的DFT理论计算研究75-76
• 3.4 小结76-77
• 参考文献77-81
• 第四章 一种新型铝离子荧光探针的设计合成与测试81-96
• 4.1 引言81-82
• 4.2 实验试剂与仪器82-83
• 4.2.1 实验试剂82
• 4.2.2 实验仪器82
• 4.2.3 L~3的合成及表征82-83
• 4.2.4 实验方法83
• 4.3 结果与讨论83-91
• 4.3.1 L~3与各金属离子的定性荧光分析83-84
• 4.3.2 L~3与Al~(3+)紫外吸收光谱与荧光发射光谱84-85
• 4.3.3 表观解离常数和检测限85-87
• 4.3.4 L~3对Al~(3+)的选择性87
• 4.3.5 L~3与Al~(3+)的配位模式87-89
• 4.3.6 L~3与Al~(3+)的DFT计算89-90
• 4.3.7 L~3与Al~(3+)在水溶液中的荧光性质90-91
• 4.4 本章小结91-92
• 参考文献92-96
• 第五章 一种锌离子荧光探针的设计合成与测试96-110
• 5.1 引言96-97
• 5.2实验部分97-98
• 5.2.1 药品97
• 5.2.2 仪器与设备97
• 5.2.3 实验方法97
• 5.2.4 L~4的合成与表征97-98
• 5.3 结果与讨论98-106
• 5.3.1 定性分析98
• 5.3.2 紫外和荧光光谱分析98-102
• 5.3.3 DFT计算102-103
• 5.3.4 L~4对锌离子可逆识别研究103-104
• 5.3.5 L~4与锌离子在水溶液中的识别研究104-106
• 5.4 小结106-107
• 参考文献107-110
• 第六章 一种铁离子(Ⅲ)荧光探针的设计合成与测试110-126
• 6.1 引言110
• 6.2 实验试剂与仪器110-113
• 6.2.1 实验试剂110-111
• 6.2.2 实验仪器111
• 6.2.3 L~5的合成及表征111-113
• 6.3 结果与讨论113-121
• 6.3.1 定性分析113
• 6.3.2 紫外吸收光谱113-114
• 6.3.3 荧光发射光谱114-115
• 6.3.4 Job曲线115-116
• 6.3.5 核磁滴定实验116-118
• 6.3.6 红外光谱118
• 6.3.7 表观解离常数K_d及检测限118-119
• 6.3.8 离子选择性实验及竞争实验119-120
• 6.3.9 混合溶剂中L~5与Fe~(3+)的荧光性质120-121
• 6.4 本章小结121-122
• 参考文献122-126
• 附图126-140
• 在学期间的研究成果140-141
• 致谢141

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 李庆新;含铀铅锌多金属硫化矿的无氰浮选工艺研究[J];铀矿冶;1988年03期

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本文编号：981213