羟基磷灰石及其复合材料的制备与吸附除锶研究

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90Sr是核反应堆中产生的废物里具有放射性的锶,它属于放射性物质中典型的裂变产物,半衰期长。严重的对人类的健康和环境安全产生威胁。本研究利用羟基磷灰石及羟基磷灰石复合材料作为吸附剂,去除模拟放射性含锶废水中锶,获得了较好的去除效果。本研究为制备新型吸附剂处理含锶放射性废水提供了新的思路。应用比例合成法,制备了羟基磷灰石(HAP)。应用X射线衍射、电镜扫描、粒度分布、能谱分析等手段,对HAP的结构进行了表征。结果表明,HAP具有多孔晶体结构。通过序批实验研究了Sr2+在HAP上的吸附随接触时间、p H、竞争离子和温度的变化规律。分析了HAP对锶的吸附动力学和吸附等温线。结果表明,HAP在Sr2+上的吸附平衡时间为90 min,在p H值为2.00-11.00的范围内,吸附性能良好。拟二级动力学适合用于描述HAP对锶的吸附动力学过程。323 K时,Sr2+的最大去除率达99.72%,热力学分析结果得知HAP吸附Sr2+的过程为吸热过程。吸附过程为离子交换。制备羟基磷灰石与壳聚糖复合材料,通过X射线衍射、扫描电镜、粒度分布、能谱分析等检测手段,对制备的羟基磷灰石的复合材料的结构进行了表征分析。结果表明,复合材料具有聚集的球状结构。通过间歇实验研究了Sr2+在复合材料上的吸附随着p H、竞争离子、吸附剂的投加剂量、以及溶液温度的变化规律。分析了羟基磷灰石制备的复合材料对锶的吸附动力学和吸附热力学。结果表明,复合材料吸附Sr2+的平衡时间相比较于复合前的羟基磷灰石可缩短为60 min,在p H值为2.00-11.00的范围内,吸附锶性能良好。拟二级动力学适合描述复合材料吸附锶的动力学过程,323 K时,Sr2+的最大去除率达86.22%,高于单独壳聚糖7%的除锶效率,明显提高了壳聚糖的除锶效果。热力学分析结果得知复合材料吸附Sr2+的过程为吸热过程。与羟基磷灰石吸附除锶相比,复合材料对竞争离子的抗干扰能力增强。羟基磷灰石吸附除锶,受钙离子和镁离子干扰,钾钠离子对其影响小,在HAP投加量为1.3 g/L时,在当原水中钙离子浓度为5.68 mg·L-1时或镁离子浓度为20.46mg·L-1时,锶去除率可以稳定在78%或67%以上;在当原水中钙离子浓度为50-80mg·L-1时或镁离子浓度为50.46 mg·L-1时,锶去除率下降至6.02%或57.65%;当原水中钙离子浓度为400-420 mg·L-1时或镁离子浓度为1200-1400 mg·L-1时,锶去除率下降至0.08%或38%左右。均低于相同吸附剂量下对纯水配制的含锶废水中99.72%的锶的去除率。这说明,在实际应用于废水中的吸附除锶时,需要多次吸附或提高羟基磷灰石的投加量,才能获得较好的效果。
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