以蛋壳为原料制备多种吸附材料及其铀吸附性能研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hysywlp2007
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本论文以经过焙烧预处理的蛋壳为主要原料或以蛋壳膜为辅助手段合成了钛酸钙、羟基磷灰石、磁性羟基磷灰石/水滑石复合材料和水滑石等一系列具有吸附性能的无机功能材料。研究了这些吸附材料在pH为2-10,用量为0.01-0.1g对水体中铀的吸附性能,选取最佳的吸附条件进行吸附热力学和动力学进行研究,考察了模拟海水对铀吸附效果的影响。以焙烧蛋壳和二氧化钛为原料,利用水热法制备了具有类正方体状形貌,颗粒尺寸约为500nm的钛酸钙。采用XRD和SEM对水热温度为120oC-180oC,水热时间为1h-120h的产物进行表征,结果显示水热温度为180oC、时间为120h时所合成的钛酸钙结晶度最好,杂质最少。钛酸钙对铀的吸附热力学符合langmuir方程,吸附是自发、吸热的过程,吸附动力学符合准二级反应模型,饱和吸附容量为86.3mg/g。以焙烧蛋壳为主要原料,采用超声辅助法制备了纳米针状羟基磷灰石。使用XRD和TEM对所得产物进行了表征,结果显示所制备的羟基磷灰石具有长约100nm,宽约20nm的纳米针状形貌,结晶度较高且不含杂相。以DMF和双氧水为溶剂,通过溶剂热法制备了具有花状形貌和棒状形貌的羟基磷灰石。采用XRD和SEM对不同反应温度、反应时间和双氧水与DMF体积比的产物进行了表征。结果显示反应温度为120oC、反应时间为24h、双氧水和DMF的体积比为1∶4时所制备的羟基磷灰石具有由羽毛状花瓣组装而成的花状形貌,当溶剂中只有DMF时所得产物具有棒状形貌。推测该花状羟基磷灰石的形成经过沉淀—溶解—结晶—生长等过程。在花状羟基磷灰石的生长过程中,双氧水高温分解释放的氧气有助于花状形貌的形成,再升温过程中DMF分解产生OH使溶液pH值增加促使磷酸氢钙形成,随着溶液pH的进一步增加磷酸氢钙溶解,以钙磷酸盐的形式出现并向羟基磷灰石转换。纳米针状羟基磷灰石对铀的吸附热力学符合langmuir方程,吸附是自发、吸热的过程,吸附动力学符合准二级反应模型,饱和吸附容量为304mg/g。以焙烧蛋壳为主要原料,采用超声辅助法制备了Ca-Al和Ca-Fe水滑石。使用XRD对不同Ca/Al和Ca/Fe摩尔比的水滑石进行了表征,结果显示摩尔比为4:1的水滑石晶体结构完整性好,结晶度高。通过原位升温XRD和TG-DSC对Ca-Al和Ca-Fe水滑石的热稳定性进行测试,Ca-Al水滑石在400oC层板开始塌陷,Ca-Fe水滑石在300oC层板开始塌陷,说明Ca-Al水滑石的热稳定性要优于Ca-Fe水滑石。通过原位生长法在磁性Ca-Al水滑石表面生长羟基磷灰石获得了磁性水滑石/羟基磷灰石复合材料,并通过焙烧得到焙烧磁性水滑石/羟基磷灰石复合材料。通过XRD和TEM表征确定了磷钙比为0.3时生长的羟基磷灰石从水滑石层板脱落现象较少,羟基磷灰石在磁性水滑石表面生长效果最佳。焙烧磁性水滑石/羟基磷灰石复合材料对铀的吸附热力学符合langmuir方程,吸附是自发、吸热的过程,吸附动力学符合准二级反应模型,饱和吸附容量为261mg/g。采用蛋膜辅助结晶法合成了花状水滑石。采用XRD、SEM和TEM对产物进行了表征,结果显示反应温度为40oC时所得产物形貌为花状,尺寸约为1微米,该颗粒是由层厚度为5~10nm的纳米片相互交错形成。通过氮气吸附脱附确定花状水滑石的比表面积为96.4m2/g。花状水滑石对铀的吸附热力学符合langmuir方程,吸附是自发、吸热的过程,吸附动力学符合准二级反应模型,饱和吸附容量为291mg/g。通过水热法以焙烧蛋壳为主要原料在镁铝合金表面构筑了水滑石,采用XRD和SEM对产物进行了表征,结果显示所构筑的水滑石呈相互交错的纳米片状形貌并均匀的覆盖在合金表面,产物在模拟海水中6h对铀的去除率可达75%。
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