聚苯胺@碳纳米纤维复合材料对放射性核素铀的高效去除

本文通过原位聚合方法成功制备了聚苯胺改性的碳纳米纤维(PANI@CNF)复合材料,并用于水溶液中放射性核素铀(U(VI))的高效去除.扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等表征证明所制备的材料具有丰富的官能团和优良的物理化学性质.批实验方法系统研究了周围环境(pH、背景电解液、反应时间和温度)的变化对U(Ⅵ)去除结果的影响.结果表明,pH对于U(Ⅵ)去除影响很大,而离子强度没有影响,表明二者之间的作用机理为内层表面络合.吸附能够在30 min内快速达到平衡,且符合拟二级动力学模型.吸附等温线符合Langmuir等温线,表明U(Ⅵ)的去除是单分子层均匀吸附过程.在pH=5.0和T=298 K时, PANI@CNF对U(Ⅵ)的最大吸附量高达319.4 mg/g,远远高于单纯的CNF(133.9 mg/g). U(Ⅵ)主要与材料表面的含氮和含氧官能团形成了稳定的内层络合物,从而达到高效去除的目的.以上分析表明, PANI@CNF具有快速反应动力学和高效吸附能力,可以作为放射性核素高效去除的潜在储备材料,为我国核废料治理工作提供理论依据.     

ZnO@ZIF-8核壳微球的制备及对U(Ⅵ)的吸附性能

利用ZnO诱导制备了ZnO@ZIF-8复合微球材料并将其用于溶液中U(Ⅵ) 的去除. 研究表明, 制备的ZnO@ZIF-8复合微球的直径为1~7 μm, pH=4时, 在水溶液中对U(Ⅵ) 的吸附量最大, 达到145.32 mg/g, 吸附机理可能与铀酰离子与复合材料之间的配位作用和氢键作用相关. 考虑到复合微球中用于U(Ⅵ) 吸附的有效成分ZIF-8的含量仅为12.6%, 以ZIF-8含量计算, 该材料对U(Ⅵ) 的单位吸附量高达1137 mg/g.     

油茶果壳活性炭的制备及其对Cr(Ⅵ)的去除

利用磷酸活化法制备油茶果壳活性炭,并将其作为吸附剂用于去除水溶液中的Cr(Ⅵ),同时探讨了不同参数(Cr(Ⅵ)的初始浓度、吸附剂的用量、pH、温度等)对油茶果壳活性炭吸附Cr(Ⅵ)的影响。结果表明:当温度为293 K,Cr(Ⅵ)初始浓度为250 mg/L,pH为2.0时,Cr(Ⅵ)的最大吸附量可达165.0 mg/L。根据吸附动力学原理,发现其吸附过程遵循拟二级动力学模型。Cr(Ⅵ)的去除程度随Cr(Ⅵ)初始浓度的升高而增加,且其平衡数据与Freundlich模型拟合良好。     

2种羟基氧化铁对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能

通过水解方法制备了α-FeO(OH)和β-FeO(OH),研究了其对Cr(Ⅵ)的吸附性能及影响因素。结果表明,2种形式的FeO(OH)在弱酸性环境中对Cr(Ⅵ)均表现出很好的去除效果,吸附过程能够用Langmuir模型较好地描述,α-FeO(OH)和β-FeO(OH)对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量分别为50.25和42.02mg/g。对初始质量浓度达10mg/LCr(Ⅵ)的水样,通过α-FeO(OH)和β-FeO(OH)的吸附作用,可以将水中Cr(Ⅵ)控制在饮用水安全标准之下。200mg/LCl-、SO42-,100mg/LF-作为共存离子时,对2种吸附剂吸附Cr(Ⅵ)的效果无明显影响;但100mg/L的H2PO4-和HCO3-共存,可使α-FeO(OH)、β-FeO(OH)对Cr(Ⅵ)的去除效果降低15%～20%。离子强度增加使吸附能力降低。     

荞麦皮生物吸附去除水中Cr(Ⅵ)的吸附特性和机理

农业废弃物荞麦皮作为生物吸附剂去除水中Cr(Ⅵ),研究了荞麦皮对Cr(Ⅵ)的去除动力学以及溶液pH、吸附剂用量和Cr(Ⅵ)初始浓度对去除效率的影响;通过FT-IR,XPS,SEM-EDX对荞麦皮表面组成和结构进行表征,探索荞麦皮去除Cr(Ⅵ)的机理.结果显示:荞麦皮对Cr(Ⅵ)有很高的去除效率.常温下5.0 g·L-1的荞麦皮在pH=2.0下对100 mg·L-1 Cr(Ⅵ)溶液的去除率可达99.87%.荞麦皮对Cr(Ⅵ)的去除率随溶液pH降低而升高,在pH=2.0时达到最大;随吸附剂用量增加而增大;随Cr(Ⅵ)初始浓度增加而减小.单位质量荞麦皮对Cr(Ⅵ)的去除量随吸附剂用量增加而减小;随Cr(Ⅵ)初始浓度增加而增加,最后趋于稳定.在20℃,pH=2.0,吸附用量为5.0 g·L-1时,荞麦皮对Cr(Ⅵ)的最大去除容量约为36.4 mg·g-1.荞麦皮吸附去除Cr(Ⅵ)的过程符合准二级吸附动力学.FT-IR,XPS和SEM-EDX分析结果表明:荞麦皮是一个多孔材料,表面存在羧基、氨基、羟基等活性基团;荞麦皮对Cr(Ⅵ)的去除是一个吸附-还原耦合的过程,包括Cr(Ⅵ)在荞麦皮表面上的静电吸附,以及此后的固相还原和对还原态的Cr(Ⅲ)再吸附;Cr(Ⅲ)的吸附主要是通过与荞麦皮表面的羧基、氨基的配位,以及与其中的阳离子发生离子交换作用实现的.     

镁铝层状超分子化合物去除废水中的六价铬

实验比较了Na_2CO_3/Na OH、Na OH和NH4OH沉淀法制备的镁铝层状化合物对模拟废水中Cr(Ⅵ)的去除效果,并通过X射线衍射和Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法分析了材料的结构特征。结果表明,以Na_2CO_3/Na OH为沉淀剂制备的镁铝层状化合物结晶度高、层状结构完整、比表面积较大、孔径适宜、吸附Cr(Ⅵ)的效果最佳,其优化吸附工艺为:固液比为1 g/500 m L,体系pH值为7~9,室温下震荡9 h。在最佳吸附条件下,镁铝层状化合物对Cr(Ⅵ)的饱和吸附量达到199.4 mg/g。镁铝层状化合物通过与含铬阴离子形成层状超分子化合物的方式实现了废水中铬的去除,对含Cr(Ⅵ)226.1 mg/L的实验室废水经6次工艺处理后,残余量小于0.5 mg/L,低于国家污水综合排放标准(GB8978-1996)指标。镁铝层状化合物是一种处理实验室废水中Cr(Ⅵ)的优良吸附剂。     

丝状真菌黑曲霉对放射性核素U(Ⅵ)的吸附、富集和转化

本文采用批试验和X射线吸收精细结构谱学(XAFS)技术系统研究了黑曲霉菌丝体对放射性核素U(Ⅵ)的吸附、富集和转化.宏观研究表明,时间、菌丝体浓度、pH和温度显著影响菌丝体吸附U(Ⅵ),吸附动力学符合准二级动力学模型;吸附等温线符合Langmuir模型,在pH 6.0, T=298 K条件下,菌丝体吸附U(Ⅵ)的最大吸附量是83.73 mg/g,比其他生物吸附剂有较高的吸附U(Ⅵ)能力.黑曲霉富集U(Ⅵ)后,胞内外形态结构明显改变,并且胞内H_2O_2、丙二醛(MDA)和巯基化合物浓度显著增加.使用X射线吸收近边缘结构(XANES)分析证实黑曲霉胞内U(Ⅵ)减少,被还原为U(Ⅳ);扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)数据表明, U(Ⅳ)产物是由单核U(Ⅳ)原子紧密包围的轻元素壳组成的形态,这种原子排列可能由U(Ⅳ)和C/N/O–或含P/S的配体(如碳酸根或磷酸根)之间的内球键产生.研究结果表明,丝状真菌黑曲霉有望应用于放射性核素U(Ⅵ)污染的修复治理.     

功能化介孔二氧化硅的制备及其吸附分离水中铀的研究进展

铀是一种高效、清洁的核能燃料,但在核工业中不可避免地会产生含铀废水。如果不及时处理,泄漏到环境中,将对动植物和人类的健康构成威胁。因此,从能源回收和环境保护的角度来说,研究水溶液中U(Ⅵ)的分离工艺迫在眉睫。吸附技术因其可行性、效率高和操作简单等优点备受关注。功能化介孔二氧化硅材料具有比表面积大、孔容量大和吸附能力强等优点,是一种理想的吸附剂,在铀的吸附分离领域有着广泛的应用。本文在功能化介孔二氧化硅制备方法的基础上,结合X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、X射线吸收精细结构谱、X射线能谱分析和拉曼光谱等分析方法,对国内外目前水溶液中U(Ⅵ)吸附的表征及吸附机理进行了综述。虽然功能化介孔硅吸附铀已经取得了令人鼓舞和潜在的发展,但新型多功能吸附剂的设计和批量生产在实际环境的应用方面仍具有挑战性。     

硫脲基纳米螯合纤维对水溶液中Cd(Ⅱ)的吸附和密度泛函理论计算

以聚丙烯腈为原料, 利用静电纺丝技术和化学接枝制备得到硫脲基纳米螯合纤维, 并用于水溶液中 Cd(Ⅱ)的去除. 结合样品的表征和密度泛函(DFT)理论计算结果, 揭示了所制备纳米纤维材料对Cd(Ⅱ)的吸附机理. 借助静态吸附和动态吸附实验, 考察了硫脲基纳米螯合纤维对Cd(Ⅱ)的吸附性能. 结果表明, 纳米纤维吸附材料对Cd(Ⅱ)的最大吸附容量可达349.46 mg/g, 吸附过程在90 min以内即可达到基本平衡. 整个吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型. 硫脲基纳米螯合纤维吸附Cd(Ⅱ)的吸附机理为表面配位络合, 增加纳米纤维表面硫脲基团的含量是提高吸附容量的重要途径. 该吸附材料经6次循环使用后, 最大动态吸附容量并未发生明显改变.     

硫化纳米零价铁对水中U(VI)的高效去除研究

近年来, 放射性污染物铀(U(VI))在水环境中的排放对生态环境和生物健康造成严重的威胁. 本研究采用液相还原法制备了硫化纳米零价铁(S-NZVI)材料, 并将其用于水中U(VI)的去除. 首先, 我们采取了一系列的微观表征技术探究了S-NZVI的表面特征及材料特性. 结果表明, 相比于纳米零价铁(NZVI), S-NZVI颗粒不易团聚, 性质更加稳定. 随后, 通过宏观实验探究了反应时间、温度、pH、背景离子浓度等因素对S-NZVI去除U(VI)的影响. 结果表明, S-NZVI对U(VI)的最大去除量高达562.5 mg•g^-1, 且在100 min内达到反应平衡. 宏观实验和X射线光电子能谱(XPS)分析表明S-NZVI对U(VI)的去除机理是吸附和氧化还原协同作用的结果. 此外, S-NZVI可以通过外加磁场从水中快速地进行分离, 便于材料再回收与利用. 综上, 本研究构筑了一种制备简单、便于回收且高效的U(VI)净化材料, 未来可能会在放射性核素的处理处置等相关工作中起到重要作用.     

环糊精修饰SiO_2萃取-原子吸收测定Cr(Ⅵ)

合成了改性β-环糊精修饰的氧化硅复合材料(SiO_2@CD),并将其作为固相萃取材料,研究了该材料在重金属离子Cr(Ⅵ)的形态分析中的应用。结果表明,在pH 2.5的缓冲溶液中,材料能定量吸附Cr(Ⅵ),而几乎不吸附Cr(Ⅲ)。在优化条件下,材料对Cr(Ⅵ)的富集倍数为25,饱和吸附容量为16.8 mg/g。建立了SiO_2@CD固相萃取-火焰原子吸收联用测定Cr(Ⅵ)形态的新方法,方法的检出限为0.75μg/L。该方法用于检测汽水和茶水样品中Cr(Ⅵ),加标回收率为97.8%~106.3%,结果满意。     

聚吡咯/铁酸镍纳米复合材料制备和应用研究

以FeCl_3为氧化剂和掺杂剂经原位氧化聚合制备了聚吡咯/铁酸镍纳米复合材料,用以吸附处理废液中高浓度的铬(Ⅵ)。分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)对产物的结构、形貌与磁性能进行了表征。结果表明,复合吸附材料由20~30nm大小的NiFe_2O_4多晶球簇内核及外层聚吡咯包覆而成,其饱和磁化强度为7.89emu/g。对含铬(Ⅵ)污水吸附研究表明,该吸附剂在60min内即可达到吸附平衡,吸附效果优异,同时考察了NiFe_2O_4掺杂比例、吸附时间、pH、铬(Ⅵ)初始浓度对吸附效果的影响。在pH=5的条件下,聚吡咯/铁酸镍复合材料在30min内对铬(Ⅵ)的最大吸附量为49.81mg/g。     

生物硅源制备花状硅酸镁及其对放射性核素U(Ⅵ)的去除

放射性核素U(Ⅵ)的水污染问题已经成为当前核能发展亟待解决的难题之一.硅酸镁因其独特的结构特征,在水污染治理方面具有广泛的应用前景.因此,采用废弃生物硅源来代替传统硅源,制备高性能硅酸镁吸附剂具有极大的研究价值.本文通过两步法制备了高性能花状硅酸镁吸附剂,并对其进行了表征.系统研究了溶液的pH、吸附时间、吸附剂用量等因素对硅酸镁吸附行为的影响.结果表明,硅酸镁对U(Ⅵ)的吸附动力学符合拟二级速率方程;吸附和pH有很强的依赖关系;最大吸附量高达～663.7 mg/g,吸附过程符合Langmuir模型.     

麦麸对重金属离子的吸附性能研究

以麦麸为天然吸附剂,从水溶液中去除重金属离子.实验表明,麦麸对重金属离子有优良的吸附性能.在约10min内达到吸附平衡,吸附容量分别为:Hg2 70mg/g、Pb2 63mg/g、Cd2 21mg/g、Cu2 15mg/g、Ni2 13mg/g及Cr3 9.3mg/g;吸附速率很快,并且对上述金属离子有良好的选择性.     

碳掺杂六方氮化硼/二硫化钼吸附还原六价铬和助催化降解有机污染物

针对二硫化钼(MoS₂)因易团聚导致去除六价铬[Cr(Ⅵ)]容量低的问题, 利用六方氮化硼(BN)良好的吸附性和化学稳定性, 以多巴胺作为BN改性剂, 通过煅烧法和水热法制得碳掺杂六方氮化硼(c-BN)负载MoS₂纳米复合材料(c-BN@MoS₂). 研究了室温条件下c-BN@MoS₂对Cr(Ⅵ)的吸附还原和助催化降解有机污染物的性能. 实验结果表明, c-BN@MoS₂在40 min内对50 mg/L的Cr(Ⅵ)吸附还原去除率高达95%以上, 且以将 Cr(Ⅵ)还原至Cr(Ⅲ)为主, 在pH值为2、 温度为25 ℃条件下去除Cr(Ⅵ)最大容量可达401 mg/g, 显著高于 MoS₂(98 mg/g). 分析显示, c-BN不仅提高了MoS₂的平均孔径, 还可促进MoS₂生成金属特性的1T相, 有利于吸附Cr(Ⅵ)和加快氧化还原过程中的电子转移. 在Fe²⁺/PMS(过一硫酸氢盐)催化体系加入c-BN@MoS₂, 该体系对磺胺甲恶唑的降解性能明显增强, 其反应速率常数提高3倍, 这主要归因于c-BN@MoS₂明显加快了Fe³⁺到Fe²⁺的转变, 导致更多?OH产生, 达到增强降解污染物的目标.     

二苯甲酰甲烷-磷酸三丁酯增塑泡塑富集光度法测定水中痕量铀

研究制备了对铀有良好吸附性能的涂二苯甲酰甲烷(DBM)-磷酸三丁酯(TBP)增塑聚氨酯泡沫塑料。该增塑泡塑在pH6.5时可快速定量吸附水溶液中痕量铀,饱和吸附量为120μg/g增塑泡塑。用0.6mol·L-1盐酸20mL可定量洗脱色谱柱中10μg的铀,常见阳离子不干扰铀的吸附及洗脱。建立的泡塑富集光度法可准确测定环境水中痕量铀,具有高效灵敏的特点。     

净水活性炭吸附偶氮胂Ⅲ光度法监测废水中铀

研究了净水用活性炭吸附铀矿坑道水和重铀酸铵沉淀母液中铀。试验表明 ,控制流动相的 pH值为 4 .7～ 8.0 ,逆流通过 4 0cm高的活性炭层 ,U (Ⅵ )的吸附率 >96 %。用高灵敏度的U(Ⅵ ) 偶氮胂Ⅲ光度法 ,可以快速地监测废水和排放水中铀的浓度     

功能性纳米零价铁的构筑及其对环境放射性核素铀的富集应用研究进展

随着核能的广泛应用和核技术的快速发展,环境中放射性核素铀的污染日益严峻.纳米零价铁（Nanoscale Zero Valent Iron：nZVI）因其具有廉价、制备简便、高表面活性及对铀高效的吸附性能等特性而逐渐成为环境中铀污染处理的良好材料.采用可行的方法制备纳米零价铁复合材料,借助单体材料之间的协同效应可进一步提高材料对铀酰的吸附性能.因此,纳米零价铁复合材料的制备以及应用成为近期环境科学领域的研究热点之一.针对纳米零价铁及其复合材料对环境中铀酰的去除研究进行了概述和展望,包括纳米零价铁及其复合材料的制备方法、去除效果及去除机理,并且简要探讨了纳米零价铁及其复合材料在环境放射性污染治理的应用前景,以期为今后的深入研究和实际应用提供参考依据.     

MSCB吸附剂去除水体中Ni~(2+)、Cu~(2+)、Cr(Ⅵ)的机制研究

以NaOH和二硫化碳对甘蔗渣进行了改性,通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)对改性蔗髓纤维(MSCB)进行表征并研究了MSCB去除水中Cr(Ⅵ)、Ni~(2+)、Cu~(2+)的性能。结果表明,MSCB吸附重金属离子的平衡时间为30~60 min,处理含Cr(Ⅵ)浓度在10~40 mg/L范围内的废水去除率达97%以上,比改性前蔗髓纤维(SCB)对Cr(Ⅵ)的吸附率(23.7%)提高了74.35%。对含Ni~(2+)浓度30~60 mg/L的废水去除率达98%以上,吸附容量达59.12 mg/g、对Cu~(2+)浓度在20~55 mg/L废水的去除率在90%以上,吸附容量达49.9 mg/g。对电镀废水中Cr(Ⅵ)处理率达96.69%,吸附量8.16mg/g,出水浓度0.93 mg/L;Ni~(2+)去除率达99.13%,吸附量51.89 mg/g,出水浓度1.06 mg/L,水质澄清。     

聚苯胺改性Mxene复合材料对U(VI)的高效富集及机理研究

采用原位聚合法合成新型PANI/Ti₃C₂T_x有机无机复合纳米材料,并应用于对U（VI）的吸附去除研究.实验结果表明：整个吸附过程受溶液pH和离子强度影响较大,在pH=5.0,室温条件下PANI/Ti₃C₂T_x对U（VI）表现出较高的吸附容量（102.8 mg/g）,这一数值远远高于原始Ti₃C₂T_x对U（VI）的饱和吸附量（36.6 mg/g）.此外,结合傅立叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectrometry,FTIR）和X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）的分析结果表明PANI/Ti₃C₂T_x中含氧官能团和氨基基团与U（VI）发生络合作用,从而大大提高了其吸附性能.基于此研究,PANI/Ti₃C₂T_x可作为具有前景的复合材料应用于含U（VI）废水的净化中.