新型复合吸附剂吸附水体中的铀

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摘要

  1 引言

  铀 (U) 是一种天然的放射性元素,是锕系元素之一。它是一种银白色金属,具有三种天然放射性同位素,它们的半衰期很长,且都不稳定,具有微弱的放射性。铀具有 +3、+4、+5、+6 四种价态,由于 U( Ⅳ ) 和 U( Ⅵ ) 比较稳定,因此自然界中的铀主要以这两种价态存在,其中四价的铀离子溶解度较低,硬度较高,常以 UO2固体形态存在,而六价的铀酰离子 (UO22+) 溶解度较高,易于溶解迁移。

  自从铀在 1789 年被发现后,就逐渐在核能生产和热核武器制造等核工业领域得到广泛应用。在实际应用中,它既是核燃料中最基本、最重要的元素,又因为其核裂变过程中可以产生 200 多种放射性同位素而被广泛应用于国民经济的各个部门,如医疗放射、辐射育种等。然而,铀是一种有毒的放射性核素,它的毒性和放射性都会对人体健康产生严重危害。进入人体的铀不易被排出,其发射的 α 射线会在体内引起高度累积性的辐照损伤,一般蓄积在骨骼和肝肾部位,而其化学毒性与汞相似,能够引发肝炎、肺癌以及神经系统的病变等[1].

  根据世界卫生组织 (WHO) 的标准,水体中可容纳 U( Ⅵ ) 的最高浓度为 50μgL-1 [2],而人体每天摄入的溶解态铀的耐受量是 0.6μg/kg[3],然而随着采矿和核工业等行业的发展,很多地区的环境中的铀的含量超标,且导致人体摄入的铀的量严重超标,已经严重威胁到人类的健康,因此,为了减少含铀的废水产生的危害,寻找有效的处理含铀废水的方法就变得尤为重要。目前含有铀废水的处理方法主要有:化学沉淀法、共沉淀、离子交换法、蒸发浓缩法、膜分离法、浮选法、吸附法等。在这些方法中,吸附法被广泛应用于处理含有放射物质的废水中,它具有效率高、速度快等特点,特别是在处理低浓度的放射性废水方面。

  吸附剂是通过其较大的比表面积及较强的吸附作用来吸附水中的放射性物质,从而达到将水体中的放射性物质去除的目的。因此,在实际的处理过程中,要根据不同的吸附物质来选择合适的吸附剂。本文概括性的介绍了利用吸附法去除水体中的铀,以及几种常用的去除水体中铀的吸附剂,特别是一些新型复合吸附剂。

  2 新型复合吸附剂吸附水体中的铀

  复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。因此,根据要吸附的污染物的特性,利用复合材料制备成吸附剂,对目标污染物进行吸附具有很广阔的前景。

  Zhou 等以 U( Ⅵ ) 作为模板,以戊二醛作为交联剂合成了一种可以选择性吸附 U( Ⅵ ) 的原子印迹磁性壳聚糖树脂 (IMCR),IMCR 对U( Ⅵ ) 表现出很强的选择性和吸附能力。实验表明,IMCR 的吸附能力受到初始 pH 值,U( Ⅵ ) 的浓度以及温度的影响。在 pH 值 5.0,温度 298K,接触时间 3h 的条件下,IMCR 对 U( Ⅵ ) 的最大吸附量为 187.26mg/g,吸附过程符合 Langmuir 等温吸附模型。吸附完成后,IMCR 可以通过用 0.5M 的 HN03 溶液将其上的 U( Ⅵ ) 解吸下来,从而实现对 IMCR 的再生。

  水滑石 (HT) 和类水滑石化合物 (HTLCs) 统称为层状双金属氢氧化物,是一类具有层状结构的新型无机功能材料。在合成制备吸附剂处理放射性废水或其他废水方面,水滑石类化合物相比于其他的矿质材料是一个较新的研究方向。Zhang 等利用油页岩灰通过用酸淋洗和共沉淀的方法合成了类水滑石的复合材料 (HTlc),这是一种Mg-Al 水滑石结合其他金属阳离子形成的层状形态复合材料。在只含有铀的溶液体系中,当温度由 298K 上升到 318K 时,HTlc 对铀的最大吸附量由 156mg/g 增加到 200mg/g,其吸附动力学是拟二级反应模型,吸附过程符合 Langmuir 等温模型。Anirudhan 等也利用焙烧的水滑石、钠十二烷基硫酸盐和 4 乙基氨基硫脲合成了具有乙烷基氨基硫脲夹层的焙烧水滑石复合材料 (ETSC-OHTC)。ETSC-OHTC在 pH 值范围为 4.0-6.0 时对 U( Ⅵ ) 的吸附可达到最大,其吸附动力学为拟二级反应模型,吸附过程符合 Freundlich 吸附模型,且 KF值为 25.43mg/g.实验还讨论了吸附剂的量、pH 值、被吸附物的初始浓度、接触时间、离子强度等因素对ETSC-OHTC吸附能力的影响。

  3 结论

  本文概述了一系列能够有效去除水体中铀的吸附剂,特别是一些新型的复合吸附材料,并简要介绍了它们对铀的吸附能力及其影响因素。

  参考文献:

  [1] 徐花花 , 周启 , 熊文祥 . 原子弹理论及原料 [D]. 北京 : 科学出版社 ,2011.

  [2]唐志,坚张平,左社。强低浓度含铀废水处理技术的研究进展[J].工业用水与废水 ,2003(04):9-12.

  [3] 徐铭泽 . 功能纳米复合材料的制备及其在核废水处理中的应用[D]. 吉林大学博士学位论文 ,2014.

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