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伴随着核能开发及核电的迅速发展和应用,对铀资源的需求矛盾也日益严峻,放射性废水污染这一维系生态安全的问题亦亟待解决。因此,开展废水中的铀的富集分离材料及技术研究,不论是对于铀资源回收利用,优化能源结构,还是生态环境净化都具有重要意义。水热炭因其热稳定性、抗辐射性和耐酸碱性能良好等优势,是一种具有潜力的铀吸附材料。但不足之处是水热炭材料仍具有缺陷,如功能化基团含量有限,吸附量不高和选择性较差。本课题针对高吸附容量的水热炭材料研发及应用关键问题,以葡萄糖为原料,开展了水热法结合接枝改性、官能团化技术制备功能化水热炭材料的研究,并对其吸附性能和吸附机理进行了探索。主要内容如下:1、以葡萄糖为炭源,胶原蛋白肽为官能团配体,通过水热法和化学接枝成功制备了胶原蛋白肽接枝水热炭材料(HTC-COP),并将其用于水溶液中铀的吸附研究。结果表明,在pH=6,温度为328.15 K,初始浓度为160 mg/L时,HTC-COP对U(Ⅵ)的最大吸附量为494.02 mg/g。HTC-COP对U(Ⅵ)的吸附过程能较好地用准二级动力学和Langmuir等温模型来描述,即HTC-COP的吸附过程以单分子层的化学吸附为主导,而且具有自发吸热的性质。选择性吸附中共存离子对吸附无明显影响,HTC-COP对U(Ⅵ)的最佳的吸附选择性系数为80%,说明HTC-COP对U(Ⅵ)的吸附具有高选择性。通过多种表征方法对HTC-COP进行分析可知,胶原蛋白肽为水热炭表面引入了大量氨基和羧基,并提出可能的吸附机理为配体的羧基和氨基以及基体的羧基和羟基对铀的配位络合作用。2、以葡萄糖为炭源,单宁为功能单体,通过一步水热法成功制备了酚羟基官能团化水热炭材料(BT-HTC),通过静态吸附实验研究了该材料的吸附效果。结果表明,在pH=6,温度为328.15 K,初始浓度为140 mg/L时,BT-HTC对U(Ⅵ)的最大吸附量为316.77 mg/g。经过等温吸附和动力学模型分析可以发现BT-HTC对U(Ⅵ)的吸附过程适合用Langmuir等温模型和准二级动力学模型来加以描述。热力学参数表明BT-HTC对U(Ⅵ)的吸附是可行的、自发吸热的。共存离子对吸附无明显影响,BT-HTC对U(Ⅵ)的最佳的吸附选择性系数为87%,具有高选择性吸附能力。BT-HTC具有较高的循环利用率,能够重复使用。通过各种表征手段对吸附剂进行了分析,BT-HTC表面富含酚羟基等活性官能团,主要的吸附机理为酚羟基对铀的配位络合作用。3、以葡萄糖为炭源,柠檬酸为功能单体,通过一步水热法成功制备了羧基官能团化水热炭材料(CA-HTC),在对铀的分离富集中表现出了优异的吸附性能。结果表明,CA-HTC对U(Ⅵ)的最佳pH为5,在该条件下,当温度为328.15 K,初始浓度为140 mg/L时,最大饱和吸附量为322.0 mg/g。CA-HTC对U(Ⅵ)的吸附过程能通过准二级动力学模型和Freundlich等温模型来进行更准确的描述和分析,热力学参数表明是CA-HTC对U(Ⅵ)的吸附是自发吸热的熵增反应。CA-HTC对U(Ⅵ)具有高分配系数和选择性吸附系数,说明CA-HTC对(Ⅵ)具有优异的亲和力和选择性。通过FTIR、EDX、XPS等技术对吸附剂进行表征,分析出吸附机理为CA-HTC表面大量的羧基对铀具有配位作用,能够有效地将铀吸附到CA-HTC表面。