X射線光譜學(xué)研究水中Co(Ⅱ)、Eu(Ⅲ)、As(Ⅴ)和U(Ⅵ)的富集機(jī)理.pdf

1、重金屬離子和放射性核素在吸附劑上的富集機(jī)理和化學(xué)形態(tài)直接影響到其在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化、毒性和生物有效性等行為。因此，研究重金屬離子和放射性核素的吸附機(jī)理和化學(xué)形態(tài)的變化規(guī)律，對分析和評價重金屬離子和放射性核素在環(huán)境中的物理化學(xué)行為有重要意義。本論文中，我們通過化學(xué)和物理的方法成功地制備出具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的新型功能納米吸附劑，并篩選出具有抗砷和富集砷性能的真菌吸附劑。結(jié)合靜態(tài)法，使用X射線光譜學(xué)對吸附劑（石墨烯納米復(fù)合材料，磁性材料和真

2、菌）富集重金屬離子和放射性核素的作用機(jī)理進(jìn)行了研究和分析。
　　論文的內(nèi)容分為以下六章:
　　第一章為緒論，首先概述重金屬離子和放射性核素污染的現(xiàn)狀和簡要介紹了其污染的治理方法以及吸附技術(shù)影響因素。接著，介紹了X射線光譜學(xué)在吸附機(jī)理研究上的相關(guān)應(yīng)用。最后引出了本論文的研究內(nèi)容及意義。
　　在第二章中，使用等離子誘導(dǎo)聚合技術(shù)將聚丙烯酰胺(PAM)修飾到氧化石墨烯(GO)表面，制備PAM/GO復(fù)合材料，并研究PAM/GO作

3、為吸附劑用于從放射性廢水中競爭性去除放射性核素。研究了PAM/GO與放射性核素之間的相互作用以及吸附動力學(xué)，結(jié)果表明PAM/GO吸附放射性核素受溶液pH值和離子強(qiáng)度的影響。在pH=5.0±0.1和T=295K時，PAM/GO吸附U(Ⅵ)，Eu(Ⅲ)和Co(Ⅱ)的最大吸附值分別達(dá)到166.14，189.19和95.53mg/g，這顯著高于GO和其他吸附劑對放射性核素的吸附能力。從溫度依賴性吸附等溫線計算出的熱力學(xué)參數(shù)(ΔH0，ΔS0和ΔG

4、0)，表明PAM/GO吸附放射性核素是一個自發(fā)和放熱的過程。XPS分析顯示PAM/GO吸附放射性核素歸功于PAM/GO表面含氧和含氮的官能團(tuán)，這些官能團(tuán)可與放射性核素絡(luò)合。結(jié)果都表明PAM/GO在放射性核素污染治理方面具有很好的潛在應(yīng)用價值。
　　在第三章中，通過原位聚合技術(shù)將β-環(huán)糊精(CD)修飾到氧化石墨烯表面(CD/GO)，對制備的CD/GO進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)，傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)，X射線光電子能譜(X

5、PS)，拉曼光譜和酸堿滴定表征分析。結(jié)果表明，CD通過與GO形成化學(xué)鍵修飾在GO表面。我們考察了溶液pH值、離子濃度和吸附劑濃度等對CD/GO吸附Co(Ⅱ)的影響。結(jié)果表明CD/GO吸附Co(Ⅱ)在實(shí)驗(yàn)條件下受溶液pH值，離子濃度和吸附劑濃度等因素的影響。吸附等溫線符合Langmuir吸附模型。在pH=6.0±0.1和T=303K條件下，CD/GO對Co(Ⅱ)的最大吸附值為72.4mg/g，這顯著高于GO等材料對Co(Ⅱ)的吸附能力。在

6、水溶液中，CD/GO可以同時去除鈾(U(Ⅵ))和腐殖酸(HA)。pH值和離子強(qiáng)度能顯著影響CD/GO對U(Ⅵ)和HA的吸附。在低pH值條件下，HA的存在增強(qiáng)了U(Ⅵ)在CD/GO上的吸附;在高pH值條件下，HA的存在降低了U(Ⅵ)的吸附;但U(Ⅵ)的存在促進(jìn)了HA的吸附。表面吸附的HA在U(Ⅵ)和CD/GO之間起橋梁作用，與U(Ⅵ)形成了穩(wěn)定的絡(luò)合物。U(Ⅵ)和HA在CD/GO表面上的吸附等溫線符合Langmuir吸附模型。這些結(jié)果表明

7、，CD/GO作為富集并去除廢水中U(Ⅵ)和Co(Ⅱ)的吸附劑具有潛在的應(yīng)用前景。
　　第四章主要介紹了聚丙烯酰胺包覆四氧化三鐵磁性顆粒(Fe3O4@PAM)的合成和對U(Ⅵ)離子的富集行為。研究發(fā)現(xiàn)，該磁性顆?？赏ㄟ^磁鐵進(jìn)行磁性分離，U(Ⅵ)離子在Fe3O4@PAM磁性顆粒上的吸附很好的符合Langmuir吸附模型，在pH5.0時Fe3O4@PAM對U(Ⅵ)的最大吸附值為220.9mg/g。根據(jù)XPS分析吸附U(Ⅵ)前后Fe3O4

8、@PAM材料，F(xiàn)e3O4@PAM吸附U(Ⅵ)主要是U(Ⅵ)與Fe3O4@PAM表面含氮功能團(tuán)絡(luò)合。吸附在Fe3O4@PAM的U(Ⅵ)可以被酸溶液有效地洗脫。該材料具有很好的再生-重復(fù)利用性能，即使5次循環(huán)后，再生的吸附劑仍能保持在91％以上的吸附能力。
　　第五章中，我們從砷污染的土壤中篩選出了耐砷真菌米根霉并用米根霉菌絲體從污水中富集As(Ⅴ)的研究。研究了米根霉菌絲體與As(Ⅴ)之間的相互作用以及吸附動力學(xué)，米根霉菌絲體吸附A

9、s(Ⅴ)受溶液pH值和離子強(qiáng)度的影響，并且吸附過程是一個自發(fā)和放熱的過程。在類似的實(shí)驗(yàn)條件下，米根霉菌絲體比其他生物吸附劑有較高的吸附As(Ⅴ)能力。Langmuir和Freundlich模型被用來擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，Langmuir模型比Freundlich模型更符合吸附等溫線。根據(jù)XAFS分析，在米根霉菌絲體內(nèi)As(Ⅴ)被還原成As(Ⅲ)，并且As(Ⅲ)與菌絲體內(nèi)蛋白質(zhì)中的巰基絡(luò)合。這些研究表明米根霉菌絲體有望應(yīng)用于大規(guī)模污水中富集As(