二氧化锰/羟基氧化铁复合材料对水中U(Ⅵ)的吸附试验研究

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铀矿冶过程中会产生大量低浓度含铀废水,对人类健康和周围生态环境构成潜在危险。吸附法因具有成本低、选择性好、操作便捷、处理效率高等优点,在处理含铀废水方面具有潜在优势。吸附法的重点是选择合适的吸附剂,寻找价格低廉、效率高的吸附剂是关键。作者通过在二氧化锰(MnO2)上交联羟基氧化铁(FeOOH)制备了MnO2/FeOOH复合材料,探究其对U(Ⅵ)的吸附性能与机理,得到了以下结果:(1)采用KMnO4氧化MnSO4制备了δ-MnO2。考察了pH值、吸附时间等对δ-MnO2吸附水中U(Ⅵ)的影响。吸附试验结果表明:当初始U(Ⅵ)浓度为10 mg/L,pH=5,投加量为150 mg/L,时间为120 min,30℃的条件下,δ-MnO2对U(Ⅵ)的最大吸附率可达83.0%。吸附热力学和动力学研究表明对U(Ⅵ)的吸附是自发、吸热的过程,符合Langmuir等温模型和准二级动力学模型。(2)采用化学沉积法可制备MnO2/FeOOH复合材料。吸附试验结果表明:当初始U(Ⅵ)浓度为10 mg/L时,在pH为5,Fe/Mn摩尔比为1/2,投加量为150 mg/L,吸附时间为120 min,30℃的条件下,MnO2/FeOOH对U(Ⅵ)的最大吸附率可达97.7%,较MnO2提高了14.7%。MnO2/FeOOH对U(Ⅵ)的吸附过程是自发、吸热的,动力学符合准二级动力学模型,等温线既符合Langmuir模型,也符合Freundlich模型。不同干扰离子浓度(10150 mg/L)下,各离子对MnO2/FeOOH吸附U(Ⅵ)均产生不同程度的抑制作用,其中Ca2+、Cu2+的抑制比较明显,且抑制作用随其浓度的增加而增大;而SO42-、CO32-和Fe3+对MnO2/FeOOH吸附U(Ⅵ)几乎没有影响。解吸试验结果表明MnO2/FeOOH有较好的可再生利用性。FTIR和XPS分析表明MnO2/FeOOH对U(Ⅵ)的吸附机制主要为表面羟基、Mn-O与铀的配位作用。
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