论文部分内容阅读
聚丙烯酸钠和富羧基碳化合物表面均含有大量羧基官能团,对重金属及放射性核素有良好的吸附性能,有望在放射性废物的处理中得到应用。近年来,利用磁性纳米材料具有尺寸小、比表面积大、表面活性位点多和在外加磁场作用下快速响应等特性,研究其吸附分离废液中的重金属离子,已受到人们的极大关注。本文制备了磁性聚丙烯酸钠改性有机膨润土纳米复合物(PSA/O-BT-Fe3O4),探讨了该磁性纳米复合物的制备及表征,研究了U(Ⅵ)、Th(Ⅳ)和Eu(Ⅲ)在该复合物上的吸附性能及吸附机理,考察了平衡时间、吸附剂用量、pH、离子强度、腐殖质(富里酸和胡敏酸)和温度等对吸附的影响,通过解吸和再生实验考察了该吸附剂的循环利用性能。本文又制备了磁性富羧基碳复合材料(10ACA-C/Fe3O4),并研究了其对Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)和U(Ⅵ)的吸附性能。第一章介绍了本工作的研究背景以及国内外水凝胶和磁性纳米材料的研究现状与最新进展。第二章采用共沉淀法制备了磁性有机膨润纳米颗粒(O-BT-Fe3O4),并将其在聚丙烯酸钠溶液中共聚合制备得到磁性聚丙烯酸钠改性有机膨润土纳米复合物(PSA/O-BT-Fe3O4).采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱分析(FTIR、X射线衍射(XRD)、热重差热分析(TGA)、振动样品磁强计(VSM)、 zeta电位分析以及元素分析等手段对磁性聚丙烯酸钠改性有机膨润土纳米复合物的形貌、磁性、组成、结构以及表面电荷特性等进行了表征,结果表明所合成的材料磁响应性良好,具有良好的热稳定性,表面为强酸性位点。采用溶胀动力学实验测定了该纳米复合物的溶胀动力学,纳米复合物在去离子水和0.2%NaCl溶液中均在60分钟内达到溶胀平衡,纳米复合物在去离子水中的溶胀倍率要远远大于在0.2%NaCl溶液中。Th(IV)在PSA/OBT-Fe3O42#表面的吸附随固液比的增大而增大；吸附动力学符合准二级动力学模型：pH强烈影响吸附,受离子强度影响较弱,可以推测在低pH值时主要以外层配合作用和/或离子交换作用为主,在较高pH值时主要以内层配合作用和／或表面沉淀为主；HA/FA的存在与否均对Th(Ⅳ)的吸附没有影响；升高温度有利于Th(IV)在PSA/OBT-Fe3O42#上吸附,吸附足吸热过程,吸附反应是自发进行的；具有优良的重复利用性能,从经济性考虑使用0.1mol/L HC1作为洗脱剂最佳,经5次吸附-解吸实验后吸附容量依然高达3.6mmol/g。U(VI)在PSA/OBT表面上的吸附受pH值、离子强度影响显著,离子强度对U(VI)在PSA/OBT表面上的吸附有促进效应,可以推测U(VI)在PSA/OBT表面以内层配合形式吸附；固液比显著影响吸附,吸附百分数随固液比的增大先增大后减小再增大,吸附量随固液比增大而减小；升高温度有利于U(VI)在PSA/OBT上吸附,吸附是吸热过程,吸附反应自发进行,且吸附等线符合Langmuir模型。吸附前后的红外谱图证实了内层配合物的形成足PSA/OBT作为吸附剂吸附去除U(VI)的主要机理。Eu(Ⅲ)在PSA/OBT-Fe3O42#上的吸附量随Eu(Ⅲ)初始浓度的增加而增加直到到达最大洗发量,吸附百分数随初始浓度增加而降低,且吸附等温线符合Langmuir模型。第三章采用水热法合成了富羧基碳(10ACA-C),进一步采用共沉淀法合成了不同配比的磁性富羧基碳复合材料(10ACA-C/Fe3O4)。采用TEM、FTIR、 VSM、XRD、TGA、zeta电位分析及BET等手段读磁性富羧基碳复合材料的形貌、磁性、组成、结构以及表面电荷特性等进行了表征。结果表明所合成的材料磁响应性良好,具有良好的热稳定性,10ACA-C和10ACA-C/Fe3O4在pH大于3.0时表面总体表现为电负性。采用静态法研究了Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)和U(Ⅵ)仆磁性富羧基碳复合材料的吸附性能。Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)和U(Ⅵ)在：10ACA-C上的吸附容量要高于在10ACA-C/Fe3O42#上。该吸附剂是重金属污水和放射性废液处理领域中极具发展前景的吸附材料。上述研究结果表明,磁性富羧基碳复合物对金属离子及放射性核素具有吸附速率快、吸附容量大、可循环利用,并且在外加磁场下可以实现与净化介质有效分离等优点,在重金属污水及放射性废液处理等方面具有良好的应用前景。