论文部分内容阅读
近年来各国的核电站建设正迅猛发展,然而传统的核电站管理会使核电站排放出大量的放射性气体和废水。其中放射性铯和放射性碘具有较高的放射活性和较长的放射性半衰期,将会在全球范围内导致严重的环境污染。因此,研究开发高效的放射性废水吸附材料,从污染的水体中有效去除放射性离子具有显著意义。本文以牛骨为前驱体制备得到大比表面积的氮掺杂分级多孔炭材料,在其表面负载不同的金属化合物纳米颗粒,从而制备得到金属化合物/炭复合吸附材料,将其分别用于含Cs+、Ⅰ-的废水处理,探究了体系pH、吸附时间、离子初始浓度、溶液体系温度等对吸附性能的影响规律,解析了吸附热力学及动力学过程,并探究了吸附机理。主要研究结果如下:一、以牛骨为前驱体,通过预碳化、氢氧化钾(KOH)活化,制备得到大比表面积,且具有微孔-介孔-大孔三维连通的氮掺杂分级多孔炭(NHPC),并通过改变活化温度和活化剂用量,实现了 NHPC 比表面积和氮含量的有效调控。结果表明,当KOH与预碳化产物质量比为0.6,活化温度为750℃时,制备的NHPC 比表面积为2098.9 m2 g-1,孔容为1.43 cm3 g-1,氮含量为 3.14%。二、以高表面积的NHPC为载体,利用其表面丰富的杂原子原位生长普鲁士蓝(PB)纳米颗粒。采用草酸为络合剂控制铁离子的释放,进而控制普鲁士蓝的生成速率,从而制备得到高分散的普鲁士蓝/氮掺杂分级多孔炭复合材料(PB/NHPC)。结果表明,PB/NHPC很好地继承了NHPC的三维分级多孔结构,比表面积为1884.0m2g-1,微孔比例72.4%;PB纳米颗粒均匀分散在NHPC表面上,平均粒径为53 nm。吸附测试表明,当溶液pH为8,温度为30℃时,PB/NHPC对Cs+的最大吸附量为125.31mg g-1,2h即达吸附平衡,优于同条件下的PB。PB/NHPC经5次吸脱附循环后,可维持初始吸附量的87%,具备良好的循环稳定性。此外,PB/NHPC还具有优异的离子选择性,在不同竞争阳离子存在下吸附量均降低不到10%。吸附机制研究表明,Cs+在PB/NHPC上的吸附过程属于朗格缪尔吸附,吸附过程自发吸热,吸附动力学与准二级动力学模型相符。X射线衍射分析、X射线光电子能谱结合57Fe穆斯堡尔谱高级表征结果显示,Cs+在吸附过程中进入PB的晶格中,并在吸附后形成新相(CsFe2(CN)6·3H20)。三、以高比表面积的NHPC为载体,在其表面负载银/氧化银颗粒,制得银-氧化银/氮掺杂分级多孔炭复合吸附剂(Ag-Ag20/NHPC),并将其用于吸附Ⅰ。NHPC的大表面积和表面杂原子可有效提高金属基纳米颗粒的分散,其三维分级多孔结构可有效促进吸附质传质。吸附测试表明,当Ⅰ-溶液pH为4,温度为30℃,Ag-Ag2O/NHPC的最大吸附量为442.48 mg g-1,4h达吸附平衡。Ⅰ-在Ag-Ag2O/NHPC上的吸附行为属于朗格缪尔吸附,吸附动力学与准二级动力学模型相符。