Th(Ⅳ)和U(Ⅵ)在兩種不同伊利石上吸附行為的研究
發(fā)布時(shí)間：2017/08/09 點(diǎn)擊量：
本工作以純凈伊利石(P-illite)和天然伊利石(N-illite)兩種材料為吸附劑,研究了放射性核素Th(Ⅳ)和U(Ⅵ)在其表面上的吸附行為并對(duì)吸附過程的機(jī)理進(jìn)行了初步的探究。采用多種檢測(cè)手段分別對(duì)兩種伊利石進(jìn)行詳細(xì)表征,發(fā)現(xiàn)天然伊利石(N-illite)比純凈伊利石(P-illite)含有更多金屬氧化物的雜質(zhì),測(cè)得純凈伊利石(P-illite)和天然伊利石(N-illite)的N2-BET比表面積分別為15.42m2/g和21.97 m2/g。利用連續(xù)點(diǎn)位滴定對(duì)兩種伊利石進(jìn)行表面酸堿性質(zhì)研究,計(jì)算了兩種伊利石表面反應(yīng)活性位點(diǎn)濃度(Hs),發(fā)現(xiàn)天然伊利石(N-illite)的Hs值較大,且受離子強(qiáng)度影響明顯。采用靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究了Th(Ⅳ)和U(Ⅵ)兩種放射性核素分別在兩種伊利石上的吸附過程,探究了多種環(huán)境條件的改變對(duì)吸附產(chǎn)生的影響。用動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)模型對(duì)吸附過程進(jìn)行模擬,最后還通過解吸實(shí)驗(yàn)探究了吸附過程的可逆性。假二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能較好的擬合Th(Ⅳ)在兩種伊利石上的吸附行為,說明吸附過程可能為化學(xué)吸附或較強(qiáng)的表面配合作用。Th(Ⅳ)在兩種伊利石上的吸附隨固液比增大而增大。Th(Ⅳ)在純凈伊利石(P-illite)上的吸附受溶液pH值變化的影響效果顯著,說明內(nèi)層配合和表面沉淀在此吸附過程中起主導(dǎo)作用;而Th(Ⅳ)在天然伊利石(N-illite)上的吸附還受到離子強(qiáng)度的影響,因而離子交換和外層配合作用占主導(dǎo)。陽(yáng)離子對(duì)吸附過程的抑制作用由強(qiáng)到弱為Mg(NO3)2?KNO3?NaNO3。陰離子的影響表面現(xiàn)為,PO43-的存在對(duì)Th(Ⅳ)在兩種伊利石上吸附有著顯著的促進(jìn)作用,而SO42-的存在則對(duì)吸附起抑制作用。對(duì)溫度的影響研究發(fā)現(xiàn),兩種伊利石對(duì)Th(Ⅳ)的吸附為自發(fā)吸熱反應(yīng)。用三種熱力學(xué)模型擬合吸附過程發(fā)現(xiàn),該過程符合Langmuir模型。通過解吸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),Th(Ⅳ)在純凈伊利石(P-illite)上的吸附是不可逆過程,而在天然伊利石(N-illite)上的吸附是可逆過程,說明了Th(Ⅳ)在兩種伊利石上的吸附機(jī)理的不同。兩種伊利石上U(Ⅵ)的吸附過程可用假二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行較好的擬合,吸附過程可能為化學(xué)吸附或較強(qiáng)的表面配合作用。懸浮液的濃度對(duì)U(Ⅵ)在兩種伊利石上的吸附有很大的影響,且在相同固液比下,U(Ⅵ)在天然伊利石(N-illite)上的吸附效果要遠(yuǎn)優(yōu)于在純凈伊利石(P-illite)上的吸附效果。pH和離子強(qiáng)度對(duì)兩種伊利石吸附U(Ⅵ)的過程有著不可忽視的影響,U(Ⅵ)在純凈伊利石(P-illite)上的吸附過程中內(nèi)層配合和表面沉淀起主導(dǎo)作用;而U(Ⅵ)在天然伊利石(N-illite)上的吸附還受到離子強(qiáng)度的影響,因而離子交換和外層配合作用占主導(dǎo)。對(duì)溫度的影響研究發(fā)現(xiàn),兩種伊利石對(duì)U(Ⅵ)的吸附為自發(fā)吸熱反應(yīng)。用三種熱力學(xué)模型擬合吸附過程發(fā)現(xiàn),該過程符合Langmuir模型。U(Ⅵ)在純凈伊利石(P-illite)上的吸附是不可逆過程,而在天然伊利石(N-illite)上的吸附是可逆過程,驗(yàn)證了U(Ⅵ)在兩種伊利石上的吸附機(jī)理的不同。對(duì)比兩種伊利石上的吸附過程發(fā)現(xiàn),不管是對(duì)Th(Ⅳ)還是對(duì)U(Ⅵ)的吸附,相同條件下天然伊利石(N-illite)對(duì)放射性核素的吸附效果明顯優(yōu)于純凈伊利石(P-illite)。推斷其原因可能是相比于純凈伊利石(P-illite),天然伊利石(N-illite)中含有更多的金屬氧化物雜質(zhì),對(duì)發(fā)生離子交換作用有一定的促進(jìn)作用;而且因?yàn)楹须s質(zhì),比表面積更大,為發(fā)生表面配合作用提供了更多的活性位點(diǎn)。
