柠檬酸交联β-环糊精聚合物的绿色合成及其对铀和铕的吸附研究

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随着核能的发展,大量放射性废物,如235U、235Np、152+154Eu和239Pu,已排入水生系统。有毒放射性核素含量的增加会对人类健康、生物资源和生态系统构成严重危害。因此有必要在废水排入环境之前从水溶液中去除放射性核素。吸附法因其低成本、易操作、效率高等优势,被认为是最具应用前景的处理方法。为了生态安全和人类健康,当务之急是开发绿色高效低成本的吸附剂材料。β-环糊精是一种天然、无毒、廉价的含有七个葡萄糖单元的环状低聚糖。以β-CD为基础的吸附剂具有亲和性强、成本低、设计简单等优点,受到人们的广泛关注。然而,β-CD单体水溶性的缺点限制了其在环境治理方面的应用。水不溶性的β-环糊精聚合物(β-CDP)很好的保持了环糊精的包络识别性能,又表现出较好的稳定性、化学可调节性,因此被越来越多的研究者所研究。但是,β-CDP在核废水处理方面应用还比较少,本文的主要研究内容是制备柠檬酸交联β-环糊精聚合(CA-β-CD),将其应用于对U(VI)离子和Eu(III)离子的吸附研究。具体研究方法和结论如下:1.利用简单的一步酯化缩聚反应,合成了环境友好型非水溶性聚合物(CA-β-CD),并利用红外光谱、扫描电镜、X射线粉末衍射、热重分析表征手段对其结构进行表征分析。结果表明,聚合物合成成功,可用于接下来的吸附研究。2.以CA-β-CD为吸附剂,对U(VI)离子进行吸附研究。先利用红外光谱和EDS能谱对吸附U(VI)离子前后的CA-β-CD进行表征,再探究了pH值、反应时间、初始U(VI)离子浓度和温度对吸附效果的影响。实验结果得出:当pH值为4.0,反应时间为60 min,U(VI)离子初始浓度为60 mg/L,温度为55℃时,CA-β-CD对U(VI)离子的最大吸附容量可达150 mg/g。另外,吸附过程更符合准二级动力学模型,吸附等温线表明吸附过程更倾向于Freundlich模型,通过热力学数据可知,CA-β-CD对U(VI)离子是一种自发吸热的吸附过程。以Mg2+,Zn2+,Co2+,Ni2+和Mn2+为共存离子,发现其对铀吸附过程几乎没有影响;由解吸附和循环利用实验可知CA-β-CD具有良好的再生性。3.除了考察对U(VI)离子的吸附外,还将其应用于对Eu(III)离子的吸附研究。同样,先利用红外光谱和EDS能谱对吸附Eu(III)离子前后的CA-β-CD进行表征,再探究了pH值、反应时间、初始Eu(III)离子浓度和温度对吸附效果的影响。实验结果得出:当pH值为5.0,反应时间为40 min,Eu(III)离子初始浓度为70 mg/L,温度为55℃时,CA-β-CD对Eu(III)离子的最大吸附容量可达152 mg/g。另外,吸附过程符合准二级动力学模型,吸附等温线表明吸附过程更倾向于Freundlich模型;通过热力学数据可知,CA-β-CD对Eu(III)离子是一种自发吸热的吸附过程。由解吸附和循环利用实验可知CA-β-CD具有良好的再生性。本课题有望在核废水治理方面提供新的思路。
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