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海水中铀资源丰富,总储量达45亿余吨,是陆地铀储量的千余倍,开发利用这部分资源,能够为核电站提供源源不断的核燃料。但是海水提铀研究面临两大挑战:铀酰离子平均浓度低,仅有3.3ppb存在形式复杂;海水中不仅盐度高,更有大量共存离子,如:钠、钙、镁、钒、镍、铁、铜、铅等。
本课题针对通过辐射接枝并胺肟化改性的离子交换功能高分子材料(统称为偕胺肟基材料)展开对铀酰离子的吸附性能研究。
通过批量吸附实验研究了偕胺肟基聚乙烯无纺布(PE-g-PAO)和偕胺肟基聚偏氟乙烯粉体(PVDF-g-PAO)对低浓度铀酰离子的吸附性能,研究了两种材料的吸附动力学模型和等温吸附模型,考察了体系pH值、铀酰离子初始浓度、吸附温度、吸附剂用量比例及共存离子等对吸附行为的影响。结果表明:
PE-g-PAO无纺布对低浓度铀酰离子的吸附平衡时间较长为10d,PVDF-g-PAO粉体对低浓度铀酰离子的吸附较快,约180min达动态平衡。两者吸附动力学显示,吸附均符合准二级动力学模型。
PE-g-PAO无纺布和PVDF-g-PAO粉体在303K下对低浓度铀酰离子的吸附均符合Freundlich等温吸附模型。根据平衡吸附数据,计算得到吸附焓变△H均大于零,不同温度下的吉布斯自由能变△G均小于零,并且随着温度的升高,吉布斯自由能变减小,吸附焓变△S大于零,吸附过程是一个熵增加的自发过程。
其他因素如pH值、吸附温度、铀酰离子初始浓度、吸附剂用量比例及共存离子等对偕胺肟基材料吸附铀酰离子的效果均有一定影响。体系pH值在5~8之间,PE-g-PAO无纺布和PVDF-g-PAO粉体对铀酰离子的吸附率变化不明显,在偏酸/偏碱环境下,吸附率明显降低。吸附量均随初始浓度的升高而增大,随温度的升高而增大。随吸附剂用量比例的增加,PE-g-PAO无纺布对铀酰离子的吸附率增大,但单位吸附量却随之减少。吸附剂用量比例增大10倍,铀酰离子吸附率从38.4%增大到94.9%,单位吸附量从0.68mg/g减少到0.15mg/g。共存离子实验表明,相同条件下,PE-g-PAO无纺布对钒离子的吸附能力最强、铀酰离子次之,对铅、镍、钴等二价离子的吸附能力较弱。