新型放射性核素吸附材料及其吸附行為的研究.pdf

1、隨著核電的發(fā)展，產(chǎn)生大量具有放射性的乏燃料，因而如何處理乏燃料愈加重要。目前乏燃料后處理中對于U等放射性核素的分離仍主要使用液液萃取法，但液液萃取法復(fù)雜、耗時，且易于產(chǎn)生大量次級廢物，而使用固相吸附材料可以有效避免以上問題。本文采用輻射接枝、種子聚合等方法對纖維狀SiO2(F-SiO2)微球、交聯(lián)聚合物微球和氧化石墨烯(GO)進行功能化，制備出有望用于乏燃料后處理以及環(huán)境中放射性核素的吸附材料。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)合成了

2、雙鍵改性的纖維狀介孔二氧化硅納米微球(F-SiO2-V)，將其分散在4-乙烯基吡啶(4-VP)或4-VP的甲醇溶液中，通過共輻射接枝的方法，制備了吡啶基改性纖維狀介孔SiO2納米微球(F-SiO2-VP)。熱重分析(TGA)結(jié)果表明，聚4-乙烯基吡啶(P(4-VP))在F-SiO2微球上的接枝率隨4-VP單體濃度和吸收劑量增加而增加，但隨劑量率的增加先增大后減小。測定了室溫下微球?qū)(Ⅵ)和Th(Ⅳ)的吸附容量，并對吸附動力學(xué)和吸附等溫

3、線進行了分析。結(jié)果表明，F(xiàn)-SiO2-VP微球?qū)(Ⅵ)的吸附容量與硝酸濃度和P(4-VP)的接枝率有關(guān)。當硝酸濃度為5 mol/L，P(4-VP)的接枝率為16％時，對U(Ⅵ)的吸附容量最大，達到163 mg/g。F-SiO2-VP微球?qū)(Ⅵ)和Th(Ⅳ)的吸附過程符合準二級動力學(xué)模型，其吸附等溫線當U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)的濃度低時符合Freundlich模型，而U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)濃度高時符合Langmuir等溫吸附模型。合成了氨基

4、改性的纖維狀介孔二氧化硅納米微球(F-SiO2-NH2)，將其分散在聚丙烯酸（PAA）的DMF溶液中，通過“graft-to”方法，制備了接枝PAA的纖維狀介孔SiO2納米微球(F-SiO2-PAA)。測定了室溫下微球?qū)(Ⅵ)的吸附容量，并對吸附動力學(xué)和吸附等溫線進行了分析。結(jié)果表明，F(xiàn)-SiO2-PAA微球?qū)(Ⅵ)的吸附容量與pH有關(guān)，當pH=5時，對U(Ⅵ)的吸附容量最大，達到42 mg/g。該吸附過程符合準二級動力學(xué)模型，其吸

5、附等溫線符合Freundlich模型。
　　(2)通過種子聚合法制備得到了具有開放大孔的多孔結(jié)構(gòu)的吡啶功能化聚合物球，可以吸附酸性溶液中的U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)。當硝酸濃度為7 mol/L時對U(Ⅵ)的吸附吸附容量最大，達到97.6 mg/g，吸附過程符合準二級動力學(xué)模型。對Th(Ⅳ)的吸附過程則在30 min內(nèi)達到平衡，其吸附等溫線符合Langmuir等溫吸附模型。通過γ射線引發(fā)二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)與4-VP聚合得到

6、表面具有吡啶基團的P(EGDMA-co-VP)微球，對于高硝酸濃度水溶液中U(Ⅵ)的有一定的吸附作用，當硝酸濃度為6 mol/L時吸附容量最大，達到39.3 mg/g。對U(Ⅵ)的吸附過程符合準二級動力學(xué)模型，其吸附等溫線則符合Langmuir等溫吸附模型。
　　(3)使用對錒系元素具有螯合能力的四齒鄰菲羅啉二酰胺類試劑改性GO得到了功能化GO(FGO)，對U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)具的吸附可在1h達到吸附平衡，吸附過程符合準二級動力學(xué)