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本课题是在国防基础科研重点项目(批准编号：B3120110001)的资助下,以我国丰富的农林废弃物向日葵秸秆(straw)、茎(stem)、叶(leaf)、花盘(disk)为原料,从废物资源高效利用和减少化学污染的角度出发,系统研究了这四种材料对U(Ⅵ)和Sr(Ⅱ)单离子核素的吸附特性,并以椰壳活性炭做对比,同时研究了向日葵秸秆对U (Ⅵ)-Cu (Ⅱ)、(Ⅵ)-Pb (Ⅱ)复配体系的吸附特性和吸附选择性,并以向日葵秸秆为吸附柱填料,研究U(Ⅵ)和Sr(Ⅱ)两种核素离子的动态吸附特性,最后探讨了向日葵秸秆吸附U(Ⅵ)的机理及其循环利用的特性。结果表明：1、向日葵基生物质材料的粒径主要在50μm和300μm附近,其比表面积小于3.65m2·g-1,属于中孔材料；材料表面粗糙、疏松并出现出不规则的褶皱；向日葵基生物质材料含有大量的羟基、羧基、酰胺等活性基团,其分解温度在212℃以上,等电点为pH=2.0。2、向日葵基生物质材料对单离子U(Ⅵ)的吸附研究结果表明：pH值对U(Ⅵ)的吸附影响较为显著,最适pH值范围为3.0～5.0；温度对U(Ⅵ)的吸附影响较小,除花盘外升温均有利于提高吸附效果；动力学结果符合准二级动力学模型,平衡时间差距较大,在30～720min之内；.向日葵秸秆和花盘、向日葵叶对U(Ⅵ)的吸附等温线可分别用Langmuir-Freundlich模型和Langmuir模型进行更好地描述,试验条件下,向日葵秸秆、叶和花盘对U(Ⅵ)的最大吸附量分别为251.5mg·g-1、153.3mg·g-1和101.91mg·g-1。3、向日葵基生物质材料对单离子Sr(Ⅱ)的吸附研究结果表明：pH值对Sr(Ⅱ)的吸附影响较为显著,最适pH值均在为4.0～7.0区间；温度对Sr(Ⅱ)的吸附影响相对较小,降温均有利于提高吸附效果；符合准二级动力学模型,平衡时间差距相对较小,在5-60min之内；向日葵秸秆、茎、叶、花盘和椰壳活性炭对Sr(Ⅱ)的吸附等温线可用Langmuir-Freundlich模型进行更好描述,试验条件下,向日葵秸秆、茎、叶、花盘和椰壳活性炭对Sr(Ⅱ)的最大吸附量分别为20.84mg·g一、17.87mg·g-1、22.31mg·g-1、30.66mg·g-1和26.75mg·g-1。结果进一步表明向日葵秸秆适用于高浓度u(Ⅵ)溶液和低浓度Sr(Ⅱ)的废水处理,并且相对于向日葵茎、叶、花盘和椰壳活性炭在这方面发挥了巨大的优势。4、向日葵秸秆对U (Ⅵ)-Cu(Ⅱ)、U (Ⅵ)-Pb (Ⅱ)复配体系的吸附研究表明：pH值对吸附的影响较为显著,复配体系最适pH值为4.0；温度对吸附的影响较小,向日葵秸秆对U(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)的吸附分别是自发的吸热和放热反应,而向日葵秸秆对U(Ⅵ)和Pb(Ⅱ)的吸附均是自发的吸热反应。三种离子的吸附动力学均符合准二级动力学模型,即化学吸附为控速步骤；U (Ⅵ)、Cu (Ⅱ)、Pb (Ⅱ)的吸附等温线可用Langmuir和Langmuir-Freundlich等温吸附模型进行很好地描述；单离子体系下U (Ⅵ)、Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的最大吸附量分别为251.5、15.70mg·g-1和67.59mg·g-1,而当干扰离子(Cu(Ⅱ)或U(Ⅵ))浓度为800mg·L-‘时,U(Ⅵ)或Cu(Ⅱ)的最大吸附量分别为141.8和8.827mg·g-,当干扰离子(Pb(Ⅱ)或U(Ⅵ))浓度为100mg·L-1时,U(Ⅵ)或Pb(Ⅱ)的最大吸附量分别为114.2和46.83mg·g-1。当溶液中同时存在U(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)两种离子时,离子间存在竞争吸附,且向日葵秸秆对U(Ⅶ)具有更高的选择性,这可能与金属本身的特性有关；当溶液中同时存在U(Ⅵ)和Pb(Ⅱ)两种离子,且离子初始浓度较低时向日葵秸秆对Pb(Ⅱ)具有更高的吸附选择性,而较高时则对U(Ⅵ)具有更高的吸附选择性,这可能与传质推动力有关。5、向日葵秸秆对U(Ⅵ)和Sr(Ⅱ)的柱动态吸附研究结果表明：向日葵秸秆柱的穿透时间和耗竭时间随填料高度的增加而延长,随流速和初始浓度的增加而提前；吸附量随流速和初始浓度的增加而增加,随填料高度的增加而减小,向日葵秸秆对U(Ⅵ)和Sr(Ⅱ)的工作吸附量最大可达到143.61mg·g-1和15.12mg.g-1；不同填料高度下的实验数据符合Bohrat-Adams模型。6、借用红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和X射线能量色散光谱(EDX),对向日葵秸秆吸附U(Ⅵ)的机理研究表明：吸附U(Ⅵ)的主要方式为络合和离子交换,即材料中大量的-NH2、-COOH、-OH等活性基团与U(Ⅵ)的络合作用,以及向日葵秸秆本身含有的轻质离子K+和Mg2+与溶液中的核素离子U(Ⅵ)的离子交换作用。7、向日葵秸秆对U(Ⅵ)和Sr(Ⅱ)的动静态解析、循环利用及失活材料的后续处理研究表明：向日葵秸秆对U(Ⅵ)和Sr(Ⅱ)具有较好的动态解析性能,用0.1mol·L-1HNO3溶液对其进行洗脱,洗脱率达81.06%和81.09%。向日葵秸秆对U(Ⅵ)具有很好的循环再利用性能,循环使用5次后对U(Ⅵ)的去除率仍保持97%以上。吸附饱和的向日葵秸秆的失重率分别为62.21%和85.90%,相对常用的废水处理剂—椰壳活性炭而言,向日葵秸秆具有很大的优势。综合各种实验数据及理论分析表明,向日葵秸秆对放射性核素离子U(Ⅵ)和Sr(Ⅱ)的吸附具有较好的吸附效果和一定的选择性,在治理受放射性核素污染的水体领域具有巨大的应用潜质,并对拓宽向日葵秸秆的资源化利用领域提供了新的思路。