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ZSM-5分子筛对含钍废水中Th(IV)的吸附行为研究

更新时间:2016-07-05

在能源短缺的21世纪,寻找一种高效清洁且可持续利用的能源迫在眉睫。核能,作为一种新型能源备受瞩目。然而,随着核电事业的发展,人们对于核电的恐慌并没有消除,核电带来的环境危机也不容小觑[1]。在钍矿石的开采处理、反应堆的运行、核燃料后处理的过程中都会产生大量钍的放射性废物废水。同时,钍作为一种新型核燃料近来备受瞩目,然而钍是天然放射性核素,其半致死量为(大鼠,静脉)84mg/kg[2]。如何降低含钍废水的排放浓度,减少对公众和环境的影响已成为核工业发展的一项艰巨任务。

第二个转变是在原来清洁服务基础之上,开展了居家护理业务,涉及月嫂、育儿嫂、保姆、老人陪护、病人陪护;为了提升技术培训水平,2010年8月,成立了家道家政职业培训学校;为了筹建信息平台,2015年11月,家道控股投资成立了家务帮科技股份有限公司;2016年9月,家道家政再次投入资金800万进入互联网洗衣行业,在德阳市范围内同行业中第一个完成节能环保改造升级。2017年6月,进军母婴集中服务的高端领域,推出了德阳首家月子会所“弥月湾月子中心”,再次引领了德阳市家政服务行业的发展。

ZSM-5分子筛是一种硅铝酸盐沸石分子筛,其独特的孔道结构使得分子筛具有离子交换、吸附等功能[3]。本文将ZSM-5分子筛作为吸附剂,研究其对Th(Ⅳ)的吸附性能。

1 实验

1.1 仪器与试剂

主要仪器:XseriesⅡ电感耦合等离子体质谱仪(美国赛默飞世尔公司);

泥石流是一种常见的地质灾害,是指在山区或者其他沟谷深壑以及地形险峻的地区,因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快、流量大、物质容量大和破坏力强等特点。发生泥石流常常会冲毁公路铁路等交通设施甚至村镇等,造成巨大的生命和财产损失。

从图5中可以看出,pH对吸附具有很大的影响,吸附效果随pH的升高而增大。这可能与分子筛表面的电负性有关,随着pH升高,由于分子筛发生去质子反应,在水溶液中分子筛表面带少量负电荷,使得对Th(Ⅳ)的吸附能力上升。

1.2 实验方法

参考文献:

那年8月的一天,阳光明媚,身着高领旗袍的吴健雄初见袁家骝,她生命里的另一半。热情的袁家骝带着吴美女到物理系一一参观,做过X光晶体衍射光谱实验的吴健雄,看到伯克利物理系各种不同的实验室先进高端,羡慕不已,于是改变原先计划,决定留在伯克利念书,和袁家骝成了同班同学。近水楼台先得月,这也给了袁家骝追美人的一个契机。

其中,V为液相总体积(mL),m为ZSM-5分子筛的质量(g)。

1.3 Th(IV)测量方法

本实验采用ICP-MS法测量Th(Ⅳ)离子,样品经过10000×30g的离心后,取一定量上清液于试管中进行稀释,稀释剂为3%的硝酸,确保待测元素的浓度小于10ppb。通过归一化法对待测元素的信号进行校准,通过标准曲线计算出待测样品的实际浓度。

2 结果与讨论

2.1 ZSM-5分子筛XRD谱图

图1 ZSM-5分子筛XRD谱图

通过对实验所得的结果进行分析,相应结论如下:(1)固液比升高,分配系数明显升高;(2)离子强度对吸附有较大影响,离子强度越大,吸附效果变差;(3)溶液pH对Th(Ⅳ)的吸附影响明显,分配系数随pH的升高明显增大;(4)通过不同的条件优化,建立了一种快速、简便的水体中Th(Ⅳ)的去除方法。

2.2 吸附/解吸等温线

图2 吸附/解析等温线

由图4可知,不同离子强度对吸附影响很大。随着离子强度的增大,分配比明显下降后保持稳定。可以推测:ZSM-5分子筛对Th(Ⅳ)的吸附具有离子交换型和表面配合的双重作用。

2.3 固液比对Th(Ⅳ)吸附的影响

图3 固液比对Th(Ⅳ)吸附的影响

图3为不同固液比对Th(Ⅳ)吸附的影响,从图中可以看到,固液比对吸附有较大的影响,随着固液比的增加,吸附率也随之增大。这是因为固液比的升高使体系中的吸附位点增多,因此Th(Ⅳ)的吸附率也随之升高。

2.4 离子强度对Th(Ⅳ)吸附的影响

图4 离子强度对Th(Ⅳ)吸附的影响

图2为ZSM-5分子筛对Th(Ⅳ)离子的吸附/解析等温线。从图中可以看出,吸附与解析等温线不重合,说明该分子筛对Th(Ⅳ)的吸附属于不可逆吸附,结合离子强度的影响可以发现,其吸附机理可能是化学吸附,即吸附剂与吸附质表面形成了表面配合物,有很好的稳定性,不容易被解吸。

2.5 溶液pH对Th(Ⅳ)吸附的影响

图5 pH对Th(Ⅳ)吸附的影响

主要试剂:ZSM-5硅铝分子筛 (硅铝比为50)(北京博宇高科技新材料技术有限公司),使用前未经过任何转型处理;钍标准溶液(1000mg/L)(Inorganic Ventures(USA)),其它试剂均为优级纯;实验用水为超纯水。

3 结论

图1为ZSM-5分子筛的X射线粉末衍射图谱,通过与标准谱图比较发现,该材料纯度较高,没有明显的杂质存在。另外,通过与标准卡片的比较,该分子筛主要由Na2Al1.9Si94.1O192和Al2O3·54SiO2两种物相组成。

吸附实验采用静态法,主要步骤为:首先用一定离子强度的背景电解质溶液配制指定固液比(m/V)的悬浮物,加入计算量的Th(Ⅳ),总浓度记为C0(mol/L),调节溶液的pH,恒温振荡待吸附达到平衡后将悬浮物离心分相,取一定体积的上清液测量溶液中Th(Ⅳ)的浓度,记为Caq(mol/L)。 则待测元素Th(Ⅳ)在固-液两相中的分配系数 Kd(mL/g)、及固体表面的吸附量q(mol/g)可分别由下式得到:

[1] ChanglunChen,XueliangLi,DonglinZhao,etal.angkeWang.Adsorptionkinetic,thermodynamicanddesorptionstudiesof Th(IV)onoxidizedmulti-wallcarbonnanotubes[J].Colloids andSurfacesA:Physicochem.Eng.Aspects,2007,302:449-454.

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[2] 池翠萍,王仲文.贫铀武器对人体健康的影响[J].中华放射医学与防护杂志,2002,22(2):137-139.

[3] 高小青,李润,孙丽娟.ZSM-5分子筛对含铬废水中Cr(Ⅲ)的吸附行为研究[J].环境污染与防治,2017,39(9):962-966.

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高小青,孙丽娟
《甘肃科技》 2018年第08期
《甘肃科技》2018年第08期文献

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