功能化金属有机骨架材料制备及其对U(Ⅵ)吸附性能研究

来源 :青海师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:cjn2503687
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元素铀(Uranium)在自然界中存在17种同位素,以238U和235U含量最多,具有较强的毒性和放射性,是十分重要的工业原料和军工材料。但众多关于核原料的应用都会产生放射性污染,如:核电站会产生放射性废水,原材料的开采,核事故和核泄漏,此外海水和盐湖卤水提铀技术一直是一项难以解决的问题。因此合理的处理核污染物,对环境保护和人类健康具有重要意义,也能促进资源的循环利用,促进现代核工业的发展。金属有机骨架材料(Mental-Organic-Frameworks)具有比表面积大、孔径易调控、官能团易修饰等特点,非常适合作为水体中U(Ⅵ)的吸附剂来对水溶液中的铀酰进行富集。本文首先通过改变不同的配体合成了简单易得的两种UiO-66材料,以不同的表征手段和间歇吸附实验探究了材料对U(Ⅵ)的吸附过程,推测吸附机理。实验结果表明,UiO-66对U(Ⅵ)的最大吸附量为327.3 mg/g,UiO-66-PYDC的最大吸附量为565.6 mg/g,材料的吸附过程为自发进行。因UiO-66存在吸附pH范围较小,吸附量不高等特点,我们尝试合成了NH2-MIL-125材料,并尝试让材料负载TiO2后进行了磷酸化处理,得到功能化新型复合材料NH2-MIL-125-P@TiO2,通过在MOF的空隙中负载TiO2并在表面制备磷酸外壳加强材料对铀酰的吸附能力。静态吸附实验得出,改性后材料最佳吸附的pH区间得到了明显扩增,由原来的8,扩大为5-10,且材料相比改性前材料的吸附容量提升了1倍,实验得到的热力学模型参数如ΔG,ΔH和ΔS表明材料对铀的吸附是自发吸热过程,模拟参数拟合的最大吸附量高达614.82 mg/g。为了寻找一种能适应多种离子复杂环境且吸附量更大的铀吸附剂来实现海水和盐湖卤水提铀,我们尝试以MOFs为模板对材料进行煅烧,在保留MOFs原有骨架结构的情况下合成新型的多孔材料。由于国际上通常使用的铀芯为UO2·Gd2O3材料,如果能利用钆盐为原料制作吸附剂,这对核工业提铀和环保具有重要意义。因此我们选择以合成的MOF-76(Gd)为模板剂,通过高温煅烧得到多孔层状氧化钆(α-Gd2O3)材料,考察了材料在不同水溶液中对铀酰的吸附能力。相对于普通的纳米Gd2O3,材料的比表面积提升了1倍以上,吸附量提升35%,相对于MOF-76(Gd),材料的吸附量提升了近6倍,且材料在地下水与海水中吸附效果依旧很好,最佳吸附pH区间为3-4.5,通过动力学拟合和热力学模型计算得出,最大吸附量为1350.02 mg/g,平衡吸附时间为180 min,吸附过程为自发的吸热反应。
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