Th(Ⅳ)和U(Ⅵ)在两种不同伊利石上吸附行为的研究

摘要

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21.97m2/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。

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