钙锰矿型锰氧化物的合成及其Cs+吸附性能研究

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铯以微量存在于海水、盐湖卤水和地热水中。此外,核事故和核试验导致放射性137Cs快速迁移到地下水。因此,溶液中Cs+的提取对于铯资源利用以及核废料处理来说非常重要。二氧化锰由于结构中Mn3+的存在使得骨架带负电荷,因此被称为氧化锰离子/分子筛。同时,因为结构中Mn3+和Mn4+间的氧化还原反应,二氧化锰被广泛用作超级电容器材料。3×3结构钙锰矿(Todorokite)型二氧化锰可以作为Cs+吸附的无机离子筛。然而,传统氧化锰离子筛的不稳定性大大限制了材料的使用。因此,本文的主要工作是制备稳定性高的钙锰矿型离子筛,并利用其进行水溶液中Cs+的吸附。具体研究内容如下:1.钙锰矿型锰氧化物(Mg-Tod和Ni-Tod)的制备和稳定性讨论。采用简单的水热合成方法,通过反应温度、金属离子掺杂、前驱物结晶度等因素的优化进行钙锰矿材料的合成。利用80℃下陈化的水钠锰矿作为前驱体,水热温度为160℃时,得到的Mg-Tod和Ni-Tod具有结晶度高和高浓度酸中长时间稳定的优点。对获得的产物进行了 X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、热重分析(TG)和X-射线光电子能谱(XPS)等表征。2.钙锰矿(Mg-Tod和Ni-Tod)对Cs+的吸附性能研究。H+能有效溶出Tod结构中的模板离子Mg2+和Ni2+,从而使得H-Mg-Tod和H-Ni-Tod具有对Cs+吸附的能力。常温下,在0.1 mol/L CsOH溶液中进行等温吸附,两种材料对Cs+的吸附容量约为2.0 mmol/g。利用二氧化锰电容器的离子存储性能,将H-Mg-Tod和H-Ni-Tod作为电极,进行电化学作用下Cs+的吸附。随着溶液中Cs+浓度增加,材料对Cs+的吸附容量增加。随pH增加,吸附容量增加。而且,在多种阳离子共存条件下,所制备材料对Cs+显示出高的选择性。在中性电解质溶液中,H-Mg-Tod和H-Ni-Tod对Cs+的吸附容量分别达到6.0 mmol/g和11.5 mmol/g。因此,本文制备的铯离子吸附剂在较广的pH范围具有高的稳定性和高的吸附容量,有望应用于盐湖卤水中低浓度铯离子的分离富集。
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