Ag2O/Mg(OH)2纳米复合材料的制备及其在处理放射性污染物中的应用

摘要

近些年来,核能作为一种新兴的清洁能源,在缓解现有的能源短缺和环境污染问题上起着非常重要的作用.然而,核工业生产过程中产生的大量放射性废水也严重威胁着人类安全,尤其是2011年发生的福岛核电站事故引发了人们对放射性废水处理的极大关注.本实验采用简便的一步法，即于室温下，通过在AgNO3溶液中直接水解MgO制备出Ag2O/Mg(OH)2纳米复合材料。扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线粉末衍射（XRD）及能谱（EDX）等分析显示，该方法制备的材料是一种Ag2O纳米颗粒均匀分散在水镁石纳米片表面的纳米复合材料。I-去除批实验研究表明，在宽的pH范围(3~12)内，Ag2O/Mg(OH)2纳米复合材料对I-均具有很好的去除性能。当I-浓度为200mg/L时，该纳米复合材料仅需要10min即可将溶液中I-的完全去除，而纯的Ag2O纳米颗粒则需要30min。极高的去除速率主要归功于被负载的Ag2O良好的分散性和极小的粒径。此外，当Ag2O负载率为11.2%和34.7%时，Ag的利用率均高达95%左右。因此，人们可以通过调节Ag2O的负载量来应对不同污染程度的放射性废水，从而达到最佳的Ag利用率和I-去除效果。但当负载率进一步增加到53.2%时，过多的Ag2O形成聚集体，Ag的利用率降到86.5%。在复合材料体系中，纳米水镁石作为负载材料对Ag2O起到很好的分散效果，但对I-几乎没有去除效果，负载的Ag2O对I-的去除起到了主要作用。SEM、XRD和EDS能谱分析表明，I-与被负载的Ag2O反应生成AgI纳米颗粒而被牢牢地固定在水镁石纳米片表面，这样大大方便了后续的分离和回收。此外，该纳米复合材料对水体中I-和UO22+的同时去除实验显示，在接触时间10min内，该纳米复合材料对I和U的去除均达到最大值，分别为89.0%和99.5%。并且该纳米复合材料对U显示出极好的去除效果，即使在高浓度(1000mg/L)U存在的条件下，U的去除量可达到920mg/g，而I的去除量有所下降，但仍然达到之前的76.8%。总之，由于制备方法的简单性以及对I和U良好的去除表现，Ag2O/Mg(OH)2纳米复合材料在处理放射性污染物方面有着潜在的实际应用价值。