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Th(Ⅳ)和U(Ⅵ)在两种不同伊利石上吸附行为的研究
发布时间：2017/08/09 点击量：
本工作以纯净伊利石(P-illite)和天然伊利石(N-illite)两种材料为吸附剂,研究了放射性核素Th(Ⅳ)和U(Ⅵ)在其表面上的吸附行为并对吸附过程的机理进行了初步的探究。采用多种检测手段分别对两种伊利石进行详细表征,发现天然伊利石(N-illite)比纯净伊利石(P-illite)含有更多金属氧化物的杂质,测得纯净伊利石(P-illite)和天然伊利石(N-illite)的N2-BET比表面积分别为15.42m2/g和21.97 m2/g。利用连续点位滴定对两种伊利石进行表面酸碱性质研究,计算了两种伊利石表面反应活性位点浓度(Hs),发现天然伊利石(N-illite)的Hs值较大,且受离子强度影响明显。采用静态实验研究了Th(Ⅳ)和U(Ⅵ)两种放射性核素分别在两种伊利石上的吸附过程,探究了多种环境条件的改变对吸附产生的影响。用动力学和热力学模型对吸附过程进行模拟,最后还通过解吸实验探究了吸附过程的可逆性。假二级动力学模型能较好的拟合Th(Ⅳ)在两种伊利石上的吸附行为,说明吸附过程可能为化学吸附或较强的表面配合作用。Th(Ⅳ)在两种伊利石上的吸附随固液比增大而增大。Th(Ⅳ)在纯净伊利石(P-illite)上的吸附受溶液pH值变化的影响效果显著,说明内层配合和表面沉淀在此吸附过程中起主导作用;而Th(Ⅳ)在天然伊利石(N-illite)上的吸附还受到离子强度的影响,因而离子交换和外层配合作用占主导。阳离子对吸附过程的抑制作用由强到弱为Mg(NO3)2?KNO3?NaNO3。阴离子的影响表面现为,PO43-的存在对Th(Ⅳ)在两种伊利石上吸附有着显著的促进作用,而SO42-的存在则对吸附起抑制作用。对温度的影响研究发现,两种伊利石对Th(Ⅳ)的吸附为自发吸热反应。用三种热力学模型拟合吸附过程发现,该过程符合Langmuir模型。通过解吸实验发现,Th(Ⅳ)在纯净伊利石(P-illite)上的吸附是不可逆过程,而在天然伊利石(N-illite)上的吸附是可逆过程,说明了Th(Ⅳ)在两种伊利石上的吸附机理的不同。两种伊利石上U(Ⅵ)的吸附过程可用假二级动力学模型进行较好的拟合,吸附过程可能为化学吸附或较强的表面配合作用。悬浮液的浓度对U(Ⅵ)在两种伊利石上的吸附有很大的影响,且在相同固液比下,U(Ⅵ)在天然伊利石(N-illite)上的吸附效果要远优于在纯净伊利石(P-illite)上的吸附效果。pH和离子强度对两种伊利石吸附U(Ⅵ)的过程有着不可忽视的影响,U(Ⅵ)在纯净伊利石(P-illite)上的吸附过程中内层配合和表面沉淀起主导作用;而U(Ⅵ)在天然伊利石(N-illite)上的吸附还受到离子强度的影响,因而离子交换和外层配合作用占主导。对温度的影响研究发现,两种伊利石对U(Ⅵ)的吸附为自发吸热反应。用三种热力学模型拟合吸附过程发现,该过程符合Langmuir模型。U(Ⅵ)在纯净伊利石(P-illite)上的吸附是不可逆过程,而在天然伊利石(N-illite)上的吸附是可逆过程,验证了U(Ⅵ)在两种伊利石上的吸附机理的不同。对比两种伊利石上的吸附过程发现,不管是对Th(Ⅳ)还是对U(Ⅵ)的吸附,相同条件下天然伊利石(N-illite)对放射性核素的吸附效果明显优于纯净伊利石(P-illite)。推断其原因可能是相比于纯净伊利石(P-illite),天然伊利石(N-illite)中含有更多的金属氧化物杂质,对发生离子交换作用有一定的促进作用;而且因为含有杂质,比表面积更大,为发生表面配合作用提供了更多的活性位点。
