含铀复杂体系下胶原基吸附剂对铀的吸附富集基础研究

摘要

国防军工及核电工业对核燃料的需求促进了铀矿资源的开发，但是随着铀矿冶的深度开采，陆地上铀矿资源已成匮乏趋势，盐湖中的铀储量丰富，是潜在的“液体铀矿”。本论文利用成本低廉的皮胶原基材料通过简单的水解处理制备得到改性废弃皮革吸附材料和改性胶原纤维吸附材料，并系统研究了对U(VI)的动态吸附特性，通过动态吸附特性和物理特性的对比，选出较好吸附性能的吸附材料应用于动态吸附工艺研究，考察了在工艺上的吸附效果及实际应用价值。研究结果表明：　　(1)废弃皮革通过氢氧化钠水解后得到改性废弃皮革吸附剂(AALW)，并应用于动态吸附中。在柱高3~5cm，初始U(VI)浓度为12mg/L，流速为1.7mL/min，单位吸附量分别为4.811、7.357、11.421mg/g；初始U(VI)浓度为6~18mg/L，流速为1.7mL/min，柱高4cm，单位吸附量分别为6.519、7.357、8.545mg/g；流速为0.85~2.55mL/min，初始U(VI)浓度为12mg/L，柱高为4cm，单位吸附量分别为8.695、7.357、8.038mg/g。Thomas模型(R2＞0.95)能够很好拟合AALW吸附剂动态吸附穿透曲线，且不同条件下吸附量的预测值(4.77~10.65mg/g)与实际测试值(4.811~11.421mg/g)较为接近；同时该穿透曲线符合 Yoon-Nelson 模型(R2＞ 0.90) ，不同条件下 50%穿透时间的预测值(1569.56~8251.68min)与实际值(1480~9120min)较为接近；根据穿透时间随填料高度的关系式，利用BDST模型进行线性拟合，在仅改变初始U(VI)浓度和流速时，穿透时间预测值(155~1327min)与实际测试值(195~1245min)较为接近，表明固定床的动态吸附周期能够由BDST模型来确定。利用0.05 mol/L的硝酸脱附不同柱高下的改性废弃皮革吸附柱，脱附率为92.96、93.9、95.2%。　　(2)改性胶原纤维吸附剂(AACF)制备的最佳条件是：NaOH浓度(0.075mol/L)，水解时间(6h)，水解温度(60℃)。静态吸附表明AACF对U(VI)吸附的最佳pH为5，当投料量为0.02g，初始U(VI)浓度为20mg/L时，该吸附剂的吸附量可达到49.662mg/g。该吸附过程在360min达到吸附平衡，且符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型，高温有利于吸附的进行，AACF对U(VI)的吸附属于化学吸附，主要是以离子交换和配位络合为主。选取在盐湖中浓度较高的六种离子进行了高盐度体系的模拟，考察了吸附剂在(U-Na+，U-K+，U-Mg2+，U-Cl-，U-HCO3-，U-SO42-)二元溶液中对U(VI)的吸附性能，其中AACF受HCO3-的影响较大，而在其他的二元溶液中吸附剂对U(VI)吸附率均在80%以上。在多次循环吸附过程中发现，该吸附剂具有较好的再生性能。　　(3)AACF吸附剂对U(VI)的动态吸附特性为：当柱高2~4cm，初始U(VI)浓度为10mg/L，流速为11.9mL/min，单位吸附量分别为14.723、17.363、18.751mg/g；初始U(VI)浓度为5~15mg/L，流速为11.9mL/min，柱高3cm，单位吸附量分别为13.878、17.363、18.599mg/g；流速为10.2~13.6mL/min，初始U(VI)浓度为10mg/L，柱高3cm，单位吸附量分别为18.357、17.363、14.449mg/g。不同条件下穿透曲线的实验数据符合Thomas模型（R2＞0.94）和Yoon-Nelson模型（R2＞0.93），其中吸附量(12.612~16.647mg/g)和 50%穿透时间(167.81~453.32min)的预测值分别与吸附量实际测试值(13.878~18.751mg/g)和50%穿透时间实际测试值(160~400min)较为接近。用BDST模型对不同填料高度的穿透时间进行拟合发现穿透时间预测值(46~194min)与实际测试值(28~163min)较为接近，表明固定床的动态吸附周期能够由BDST模型来确定。进一步对改性胶原纤维吸附剂进行动态脱附实验，且不同高度下的脱附率为92.86、94.5、96.63%，具有较好的脱附效果。　　(4)改性胶原纤维在柱高为3cm，流速为11.9mL/min，浓度为10mg/L的条件下，单位吸附量为17.363mg/g，而改性废弃皮革在柱高为4cm，流速为1.7mL/min，浓度为12mg/L的条件下，单位吸附量为7.357mg/g，可以看出改性胶原纤维吸附剂具有更好的吸附效果。选用改性胶原纤维进行工艺研究，发现改性胶原纤维串联吸附柱的单位吸附量20.042mg/g高于单个吸附柱的单位吸附量17.363mg/g。动态吸附装置在高盐度复杂体系下进行串联动态吸附的放大实验，发现总的吸附量达到67%以上，具有潜在的实际应用前景。

目录

声明

1绪论

1.1 引言

1.2 国内外提取铀的方法及研究现状

1.2.1石墨烯类吸附剂

1.2.2水合氧化物

1.2.3铝类吸附剂

1.2.4生物质材料

1.3皮胶原基固体废弃物资源化利用的研究

1.3.1 皮革相关介绍

1.3.2皮胶原基固体废弃物的应用现状及进展

1.3.3皮胶原基固体废弃物作为吸附剂的研究现状

1.4 吸附柱的分类

1.4.1 硅胶吸附柱

1.4.2活性炭吸附柱

1.4.3树脂吸附柱

1.4.4生物质吸附柱

1.5课题研究的来源和主要内容

1.5.1 课题来源

1.5.2 课题研究内容

1.6课题的创新点与意义

1.6.1 课题的创新点

1.6.2 课题研究意义

2改性废弃皮革的制备及对U(VI)的动态吸附特性研究

2.1 引言

2.2 实验材料试剂及仪器

2.2.1实验材料及试剂

2.2.2 实验仪器与设备

2.3实验方法