Page 163 - 精细化工2019年第8期
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第 8 期                    范圣茜，等:  单宁为模板水热合成纳米 TiO 2 及其对铀的吸附                              ·1651·


                 随着传统石化能源的枯竭，核能作为一种可大                          纯，成都金山化学试剂有限公司。
            规模利用的清洁能源，在应对能源短缺时发挥着不                                 OPTIMA  8000DV 型电感耦合等离子体发射光
            可替代的作用。然而，核能带来巨大社会经济效益                             谱仪，美国 Perkin Elmer 公司；Libra 200 FE 型透射
            的同时，又潜藏着对环境及人类的危险。在核能的                             电镜，德国 ZEISS 公司；S-4800 型扫描电镜，日本
            利用过程中，必然产生含铀废水，必须对其进行有                             Hitachi 公司；Escalab  250Xi  型 X 射线光电子能谱
            效处理。常用的含铀废水处理方法有化学沉淀法、                             仪，美国 Thermo 公司；Philips X’Pert Pro MPD DY
            吸附法、蒸发浓缩法、离子交换法、膜处理法等                      [1-4] 。  1291 型 X 射线衍射仪，荷兰 Panalytical 公司；Nicolet
            在这些处理方法中，以吸附法效率最高、适用范围                             is10 型傅里叶变换红外光谱仪，Atosorb-1MP 型物
            大而被广泛使用。                                           理吸附分析仪，美国 Thermo 公司。
                 纳米二氧化钛（NTO）作为一种纳米吸附剂有                         1.2    纳米二氧化钛（T-NTO）的制备
            许多优于普通吸附剂的性能，比如：可调控的孔径                                 分别配制 250 mmol/L 的硫酸钛溶液，2.5 mmol/L
            和表面化学性质等，具有耐酸碱、表面羟基多、价                             的杨梅单宁、黑荆树单宁及儿茶素溶液。在磁力搅
            格便宜等优点而在吸附领域得到了广泛应用，其对                             拌下将 20  mL 杨梅单宁溶液滴加到 100  mL 硫酸钛
            重金属和放射性核素有很强的吸附能力，是一种性                             溶液中，并在室温下反应 2 h 后加入 30 mmol 尿素；
            能优良的铀吸附剂         [5-7] 。常用的 NTO 制备方法有溶             然后转移至高压反应釜内，在 120  ℃、磁力搅拌下
                                                       [8]
            胶-凝胶法、水热法、溶剂热法、直接氧化法等 。                            反应 12  h；冷却至室温，收集固体产物，洗涤，干
            但传统方法制得的 NTO 比表面积低，吸附容量也较                          燥，500  ℃煅烧 4 h 得到纳米二氧化钛（BT-NTO）。
            低，而要提高 NTO 的吸附容量，最有效的方法是提                          将杨梅单宁溶液换为黑荆树单宁或儿茶素溶液，在
            高 NTO 的比表面积。此外，传统 NTO 的制备方法                        相同条件下制得的纳米二氧化钛记作 BWT-NTO 或
            多以酞酸丁酯为原料，其价格较贵，难以大规模应                             C-NTO。作为对比，在同样条件下，将不加单宁制
            用。基于此，本文以价格便宜的硫酸钛为原料，同                             备的纳米二氧化钛记作 NTO。
            时以单宁为模板，通过水热法制备高比表面积的                              1.3    T-NTO 的表征
            NTO，从而提高 NTO 对铀的吸附容量。单宁含有丰                             用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）分析基团（波
            富的邻位酚羟基，这些酚羟基可与很多金属离子络                             数范围 4000~400  cm ），KBr 压片；用物理吸附分
                                                                                 –1
            合形成稳定的配合物            [9-10] 。在用单宁作模板制备             析仪测定样品比表面积；用 X 射线衍射仪（XRD）
            NTO 的过程中，单宁首先与钛离子结合，从而显著
                                                               分析物相，Cu K α 射线，管电压 40 kV，管电流 40 mA；
            抑制 NTO 粒子的生长，使其比表面积增加，从而增                          用透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）观察样品
            大 NTO 对铀的吸附容量。因不同的单宁分子大小不
                                                               形貌；用 X 射线光电子能谱分析样品元素组成及结
            同，与金属离子的配位结合能力也不同。
                                                               合能。
                 本文以不同单宁为模板，采用水热法制备了                                                2+
                                                               1.4    T-NTO 对铀（UO 2 ）的吸附实验
            T-NTO，并对其结构和形貌进行了表征；在此基础
                                                               1.4.1    pH 的影响
            上，系统研究了 T-NTO 对铀的吸附性能，包括吸附
                                                                   准确称取 10.0 mg T-NTO 吸附剂置于 100 mL 浓
            热力学、动力学、共存离子的影响，解吸与重复使
                                                               度为 0.5 mmol/L、初始 pH 分别为 2、3、4、5 的铀
            用性能等，以期 T-NTO 能在含铀废水的处理中得到
                                                               溶液〔•UO 2 (NO 3 ) 2 6H 2 O 溶液，以下简称铀溶液〕
            应用。
                                                               中，铀溶液的 pH 用 0.1 mol/L 的 NaOH 或 0.1 mol/L
            1    实验部分                                          的 HNO 3 调节，在 298  K 下振荡吸附 12  h，用等离
                                                               子发射光谱（ICP-OES）仪测定吸附前后溶液中铀
            1.1   试剂和仪器                                        的浓度，计算分析平衡吸附容量。铀平衡吸附容量
                 Ti(SO 4 ) 2 ，化学纯，上海国药集团化学试剂有限                 q e  (mmol/g)的计算式如下：
            公司；UO 2 (NO 3 ) 2 6H 2 O，分析纯，山东省金宇化工                               q   (  0     e  )  V  （1）
            有限责任公司；杨梅单宁，从杨梅树皮中提取                      [11] ；                     e      m
            黑荆树单宁，从黑荆树皮中提取               [12] ；儿茶素，纯度          式中： 0 和  e 是铀溶液的初浓度和吸附达平衡时的
            90%（质量分数），上海瀚鸿化工科技有限公司；                            铀浓度，mmol/L；V 是铀溶液体积，mL；m 是吸附
            NaOH、HNO 3 、NaCl、KCl、MgCl 2 .6H 2 O、NaF、           剂质量，g。
            Na 2 SO 4 、Na 2 CO 3 、AlCl 3 、ZnSO 4 7H 2 O、CuSO 4 5H 2 O、  1.4.2    吸附等温线
            Pb(NO 3 ) 2 、MnSO 4 、尿素〔CO(NH 2 ) 2 〕等均为分析             在不同温度下，向 pH=5.0，不同初始浓度的
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