氧化活性炭對(duì)Th（IV）的吸附研究

關(guān)慶濤

摘要：在本論文中，采用靜態(tài)批式法從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面研究了Th4+在氧化活性炭上的吸附，并探究了溶液的離子強(qiáng)度、pH值、活性炭和氧化活性炭對(duì)Th4+在活性炭上的吸附的影響。本實(shí)驗(yàn)所采用的是經(jīng)過硝酸對(duì)活性炭處理后的氧化活性炭，經(jīng)硝酸處理后的活性炭，表面酸性基團(tuán)增加，親水性增加，其對(duì)金屬離子的吸附能力增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞： 吸附；Th（IV）；氧化活性碳；硝酸；改性

前言：隨著核能的大范圍利用和核電行業(yè)的快速發(fā)展，必將會(huì)產(chǎn)生大量的放射性廢物，尤其在經(jīng)過日本福島核電站的核泄漏事故后，放射性核廢物的處理和處置成為核能利用后必須解決的關(guān)鍵問題，這也將是一個(gè)全球性的問題。目前國內(nèi)外對(duì)研究放射性廢物處理處置的工作主要集中在放射性核素在填充材料和周圍環(huán)境介質(zhì)中的吸附、遷移和擴(kuò)散方面。放射性核素在各種不同介質(zhì)中的吸附能力決定了核素在環(huán)境中的物理化學(xué)遷移行為，對(duì)核素吸附的研究是廢物處置庫安全評(píng)估的主要因素，從實(shí)驗(yàn)中得到核素在不同介質(zhì)之間的分配系數(shù)，能預(yù)測(cè)和評(píng)估核素在環(huán)境介質(zhì)中的物理化學(xué)行為，能夠?yàn)楹藦U物處置庫的設(shè)計(jì)、建造提供可靠數(shù)據(jù)。

本論文采用改性后的活性炭，采用靜態(tài)批式吸附法研究吸附質(zhì)濃度、pH、背景電解質(zhì)離子強(qiáng)度、溫度等對(duì)氧化活性碳對(duì)Th4+吸附作用的影響，研究其吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)；并結(jié)合微觀表征與宏觀靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，推測(cè)釷離子在氧化活性碳上吸附機(jī)理和模式。

實(shí)驗(yàn)分析

原理：活性炭吸附法是除去溶液中釷離子的有效途徑，但普通活性炭的吸附容量不高。對(duì)活性炭進(jìn)行化學(xué)改性，增強(qiáng)其吸附性能是活性炭領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?；钚蕴康奈教匦匀Q于它的孔隙結(jié)構(gòu)及其表面化學(xué)性質(zhì)?；钚蕴炕瘜W(xué)改性就是用一定的化學(xué)方法處理活性炭，使其孔隙密度、孔徑分布以及孔隙表面活性點(diǎn)上官能團(tuán)的性質(zhì)和數(shù)量發(fā)生變化，從而達(dá)到增大比表面積，提高吸附性能的目的。本試驗(yàn)用強(qiáng)氧化劑硝酸對(duì)顆粒活性炭表面進(jìn)行氧化改性，經(jīng)過硝酸氧化改性的活性炭在官能團(tuán)總量上有明顯的增加，其中羧基和酚羥基增加得較多，且硝酸濃度越高，活性炭表面含氧官能團(tuán)總量增加越多。經(jīng)過HNO3氧化后，活性炭表面可產(chǎn)生較多的含氧官能團(tuán)，致使活性炭表面的親水性增強(qiáng)，獲得較高的陽離子交換能力。

儀器試劑：0.5mol/L的鹽酸溶液、1g/L的偶氮胂三溶液、2.6638×10-3mol/L的釷溶液、0.5g/L66%氧化活性炭。

分析步驟：在聚乙烯離心管中，依次加入Th4+標(biāo)準(zhǔn)溶液、氧化活性炭和NaCl溶液，再加入一定量的去離子水，用HNO3和NaOH調(diào)節(jié)體系pH。將離心管放入振蕩器中震蕩3d后，將離心管以4000r/min的速度離心30min，取上層清液于25mL容量瓶中，加入1mL1g/L偶氮胂III溶液和1mL0.5M的HNO3溶液，定容后在664nm處測(cè)量其吸光度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

1.pH的影響

由圖2可知，同等條件下，氧化活性炭對(duì)Th4+的吸附能力強(qiáng)于活性炭，且隨著pH值得增大，活性炭和氧化活性炭的吸附能力都在增強(qiáng)，pH值對(duì)活性炭的吸附性能影響顯著。

2.離子強(qiáng)度對(duì)吸附的影響

由圖3、圖4可知pH值較低時(shí)，離子強(qiáng)度對(duì)氧化活性炭的吸附有不太明顯的影響，隨著pH值的增大，離子濃度對(duì)氧化活性炭的吸附性能基本無影響。

3.吸附等溫線

由圖5、圖6可知氧化活性炭Freundlich擬合，吸附比較符合Freundlich模型。

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