SBA-15-PVC膜型吸附剂的制备及其对铀的吸附性能研究
随着现代工业的迅速发展，能源问题日益突出。铀作为新能源核能的一种重要原料，被认为是最有发展前景的战略能源。然而陆地铀矿资源有限且面临着过度开采。而海水中铀总量达到45亿吨，约为陆地储量的1000倍，因此从海水中提取铀具有重要的战略意义。但是海水中铀的浓度很低，只有3.3μg/L，因此其分离和提取技术显得尤为重要。近年来，多种方法被应用于铀的提取，如离子交换、吸附、溶剂萃取、化学沉淀、超滤、纳滤以及反渗透等。吸附法由于经济高效、环境友好、操作简单等优点，成为从海水中提取铀的主要方法，因此寻找一种合适的吸附剂是研究的关键。近年来介孔二氧化硅作为一种新兴的无机材料逐渐吸引了人们的注意，因为其具有高比表面积、均匀有序的介孔孔道、较大的孔体积、形貌和结构组成可控、孔径可调、表面富含羟基等优点。与其他介孔材料相比，SBA-15因具有较大孔径、较厚的孔壁及更高的水热稳定性而表现出更加优异的性能。传统方法制备的SBA-15孔道走向平行于长轴，不利于孔道内能量传递以及物料传输，并且易引起孔的堵塞。相比之下，具有短孔道的SBA-15因孔道走向平行于短轴而利于物质运输和能量传递，应用前景广阔。 然而无论是纯二氧化硅基SBA-15还是功能化的SBA-15均为粉末状使其具有不易操作及难回收重复利用等不足，难以被应用于工业化操作及商业领域。因此，本论文将粉末状吸附剂添加到铸膜液中制备膜型吸附剂，因为膜可以进行弯曲或缠绕等操作，适用于工业化应用，因此可以克服粉末状吸附剂的不足。 首先，以水热法合成了长孔道SBA-15(L-SBA-15)，将其添加到PVC铸膜液中，通过相转化法制备了L-SBA-15-PVC膜型吸附剂。实验结果表明，在PVC浓度为10％、L-SBA-15含量为5％、溶液pH=6的条件下，L-SBA-15-PVC膜的吸附容量为2014.0 mg/m2。其吸附行为符合准二级动力学模型与Langmuir吸附等温模型，其经3 mol/L硝酸脱附后的循环吸附效果良好，吸附量几乎没有损失。对比了粉末状L-SBA-15对铀的吸附性能，发现成膜后的L-SBA-15的吸附容量仅损失了10.9％，但吸附及脱附的操作步骤大为简化且易于重复利用。 其次，合成了短孔道SBA-15(S-SBA-15)，并将其添加到铸膜液中制备S-SBA-15-PVC膜型吸附剂。结果表明，在PVC浓度为10％、S-SBA-15含量为5％、溶液pH=6的条件下，S-SBA-15-PVC膜的吸附容量可达2520.0 mg/m2，明显高于L-SBA-15-PVC膜型吸附剂。以Langmuir和Freundlich两种等温吸附模型拟合吸附过程，结果表明铀离子在S-SBA-15-PVC膜型吸附剂上的吸附过程更符合Langmuir吸附等温模型。动力学研究表明S-SBA-15-PVC膜对铀的吸附过程用准二级动力学模型描述更为合适。进行了九次吸附-解吸实验，在后八次循环中吸附量几乎保持不变。 最后，将SBA-15进行有机官能化改性，制备了氰基和偕胺肟基功能化的SBA-15，然后将其添加到PVC铸膜液中，制备成膜型吸附剂并考察其对溶液中铀的吸附效果。实验结果表明，改性后的SBA-15-PVC膜吸附容量明显优于未经改性的SBA-15-PVC膜。 通过该方法制备的膜型吸附剂的性能与相应的粉末吸附剂呈正相关，说明该制膜工艺比较成熟，吸附剂本身的性能决定了成膜后的吸附效果。因此，寻找吸附性能更加优异的吸附剂将是后续研究的重点。
膜型吸附剂;介孔分子筛;聚氯乙烯;制备工艺;铀元素;吸附性能
中国海洋大学
硕士
有机化学
朱桂茹
2015
中文
TQ424
66
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）