【摘 要】
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高温气冷堆核燃料元件制备过程中会产生一类含高氨氮、高盐分、高有机物和一定量铀的复杂低放废水[有机物主要为聚乙烯醇(PVA)、四氢糠醇(THFA)和尿素],共存有机物是制约铀净化回收的关键影响因子。本论文研发了一种利用改性Fenton氧化技术高效降低该类废水中的有机物,采用水热法制备了三种含单/双官能团高聚功能化纤维材料,通过冷热试验考察了最佳净化条件,结合谱学表征初步分析了改进Fenton氧化技术
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高温气冷堆核燃料元件制备过程中会产生一类含高氨氮、高盐分、高有机物和一定量铀的复杂低放废水[有机物主要为聚乙烯醇(PVA)、四氢糠醇(THFA)和尿素],共存有机物是制约铀净化回收的关键影响因子。本论文研发了一种利用改性Fenton氧化技术高效降低该类废水中的有机物,采用水热法制备了三种含单/双官能团高聚功能化纤维材料,通过冷热试验考察了最佳净化条件,结合谱学表征初步分析了改进Fenton氧化技术对有机物的降解机理和含氮功能纤维与铀的作用机理。主要结果如下:(1)研发的改进Fenton氧化法巧妙利用了H2O2的二次强化氧化效应,相比传统的高级氧化法,可将模拟废水中的有机物降解率提高一倍,达94.2%。真实含铀复杂有机低放废水的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,简称COD)由18480 mg L-1降至1080 mg L-1,可有效缓解有机物对吸附工艺带来的“中毒”效应,由此给高温气冷堆复杂有机低放废水的预处理提供了新思路。(2)采用水热法制备偕胺肟基功能化纤维(PAN-AO),偕胺肟基接枝率达37.9%。PAN-AO对U(VI)的吸附基本不受废水中共存的有机物、阴离子和金属阳离子的干扰,对铀的吸附容量最高为116.7 mg g-1(p H=6.0),吸附平衡时间相对较长(4 h)。为提高纤维对铀的吸附量和作用速率,本文通过水解和胺化的方式制备多胺基功能化纤维(PAN-A),其对U(VI)的最大吸附容量提升至492.1 mg g-1(p H=6.0)。然而废水中的PVA易粘附在PAN-A活性基团表面并自聚合形成PVA膜,导致纤维表面活性位点受阻,PVA与PAN-A对铀存在一定竞争效应,从而干扰有机体系中多胺基对U(VI)的螯合。结合PAN-AO的抗有机性能及PAN-A高吸附容量的优势,本文接着采用两步水热法制备出胺基/偕胺肟基功能化纤维(PAN-AO-A),实现了高接枝率(86.3%),高吸附容量(618.8 mg g-1),抗有机及杂质干扰,对模拟及真实的有机低放废水中U(VI)的吸附率高达99.9%,分配系数(Kd)为7.5×10~5m L g-1。谱学分析表明,PAN-AO-A的-NH/-NH2和-C(NH2)N-OH官能团与U(Ⅵ)实现了协同络合效应。(3)为保护纤维的使用寿命及更高效的应用,提出了利用改进Fenton氧化-功能纤维吸附协同的深度净化工艺用于处理高温气冷堆燃料元件生产的高氨氮高有机低放废水,该工艺可使废水中COD从16760 mg L-1降至950 mg L-1,去除率达90%以上,对铀的总去除率均高于99.9%。由此将该纤维试用于压水堆燃料元件生产车间产生的含铀洗衣废水,在初步过滤后经纤维深度净化,铀浓度可低至1 ppb,对U(VI)的Kd值可高达3.9×10~7m L g-1,表明PAN-AO-A对含微量有机物的含铀废水具有良好的适应性和潜在利用性。本研究研发的改进Fenton氧化技术可有效降解复杂废水中的大小分子有机物,研制的PAN-AO-A功能化纤维实现了抗有机干扰和对铀的高选择吸附性,据此针对核燃料元件制造过程中产生的有机含铀废水提出了深度净化工艺,并通过冷热试验验证了其可行性,相关方法可为复杂有机含铀废水的深度净化提供理论依据和数据参考。
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