磁性壳聚糖的制备及其对放射性废液中Th4+的吸附性能研究

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放射性物质已广泛应用于许多工业部门,如核电站、生物医学工程等。随着核技术的应用,越来越多的放射性废水通过不同的渠道产生,这对环境和人类健康构成了新的挑战和威胁。溶解的放射性核素在自然环境中是流动的,如果不经适当处理,它们可以进入水环境,例如河流和地下水。更重要的是,通过水介质溶解的放射性核素可能被微生物、藻类、浮游生物、植物或农作物吸收,并通过食物链进一步积累和聚集,对动物、植物和人类造成严重威胁。因此,对放射性废水中的放射性离子的去除和回收利用成为一个日益关注的问题。在常见的处理工艺中,吸附法由于操作简单,成本较低,吸附选择性好且可再生等优点被广泛关注。其中天然生物质材料壳聚糖基吸附剂由于绿色环保,吸附效果较好被广泛应用于重金属废水和药物废水的处理。鉴于此,本文以壳聚糖作为吸附材料,通过磁性复合改性,制备出改性磁性壳聚糖复合吸附材料,并对材料进行吸附实验研究。论文主要内容和结论如下:1、本文制备出了一种酰胺化改性的磁性壳聚糖复合材料:首先通过stober法使CoFe2O4纳米颗粒包覆SiO2得到CoFe2O4@SiO2纳米颗粒(CoFe2O4@SiO2)。接着通过优化实验条件,以CoFe2O4@SiO2为磁核,通过反相乳液交联法,将壳聚糖和CoFe2O4@SiO2制备成磁性壳聚糖复合材料(CS-CoFe2O4@SiO2)。最后通过也通过优化实验条件,进行酰胺化反应,以1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)为引发剂,将谷氨酸二乙酸四钠(GLDA)接枝到磁性壳聚糖复合材料上。2、通过一系列表征显示,CS-CoFe2O4,CS-CoFe2O4@SiO2,CS-CoFe2O4-GLDA和CS-CoFe2O4@SiO2-GLDA均为介孔结构,BET比表面积分别为24.542m2/g,19.323m2/g,14.410m2/g和9.905m2/g;CS-CoFe2O4,CS-CoFe2O4@SiO2,CS-CoFe2O4-GLDA和CS-CoFe2O4@SiO2-GLDA具有良好的超顺磁性,饱和磁化强度分别为21.71emu/g、17.57emu/g、7.49emu/g、6.77emu/g。并且GLDA成功的接枝到磁性壳聚糖复合材料上。3、通过一系列单因素实验,研究了溶液初始pH、吸附时间、溶液初始浓度对吸附材料吸附性能的影响。当初始溶液pH值为4,吸附平衡时间为360min,溶液初始浓度100mg/L时,吸附剂的吸附效果最好。另外通过对吸附模型的分析,CS-CoFe2O4-GLDA和CS-CoFe2O4@SiO2-GLDA对Th(IV)的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温线模型。吸附剂对Th(IV)的吸附可能主要通过化学吸附来控制吸附速率,并且吸附过程为自发有利的单层吸附和吸热反应。CS-CoFe2O4-GLDA和CS-CoFe2O4@SiO2-GLDA在单一体系和混合体系中都对Th(IV)有更好的吸附性能,GLDA改性后促进了吸附剂对Th(IV)的吸附选择性。并且通过5次吸附-脱附循环实验后,CS-CoFe2O4@SiO2-GLDA仍然有较大的吸附容量。同时CoFe2O4包覆SiO2后在酸性条件下铁和钴的浸出率非常低,磁核的稳定性和完整性更好。4、为了探究吸附材料对实际放射性废水的处理效果,采用CS-CoFe2O4-GLDA和CS-CoFe2O4@SiO2-GLDA对独居石浸出液进行吸附处理,由实验结果可知,CoFe2O4-CS-GLDA和CoFe2O4@SiO2-CS-GLDA在实际放射性废液中仍然对Th4+有着较好的吸附性能及吸附选择性,并且对于其它金属离子也有一定的去除效果。
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