Page 194 - 《精细化工》2020年第2期
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·396·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

                 随着核能开发与应用的发展，含铀放射性废水                          公司；V-Sorb 2800TP 型 N 2 吸附-脱附比表面积测量
            的合理处理和处置成为亟需解决的问题。U(Ⅵ)是铀                           仪，北京金埃谱科技有限公司；ZEISS SUPRA40 型
            在放射性废水中的主要存在形式，其具有高毒性和                             扫描电子显微镜与能谱仪，德国蔡司股份公司；
                         [1]
            易迁移的特点 。采用传统的萃取法、电解法、膜                             Nicolet-460 型傅里叶变换红外光谱仪、Escalab 250Xi
            分离法和化学沉淀法等处理含 U(Ⅵ)废水，存在成本                          型 X 射线光电子能谱仪，美国赛默飞世尔科技公司；
            高、能耗高或者易造成二次污染等问题。吸附法因                             AA-6300 型原子吸收分光光度计，日本岛津公司。
            操作简单，成本低廉等而受到研究者广泛关注                      [1-2] 。   1.2   SSB 的制备及其改性
                 生物炭是含生物质的原料在无氧或缺氧条件                               称取一定量干燥的粉末污泥置于坩埚中，盖紧
            下，通过热解形成的一种多孔含炭吸附材料，因其                             坩埚盖将其压实，将坩埚置于 600  ℃的马弗炉中热
            价格低廉、来源广、适用范围广而备受欢迎。研究                             解 3 h，得到黑色固体物质即为 SSB            [11] 。
            者探讨了利用农林废弃物制备生物炭进行含 U(Ⅵ)                               称取 5 g SSB，加入到装有不同体积的硝酸溶液
                                                     [4]
                                       [3]
            废水处理，例如：稻草生物炭 、桉树生物炭 、甜                            （浓度为 1 mol/L）的锥形瓶后封口，并将其在 30  ℃
                                      [6]
                       [5]
            笋壳生物炭 、木质生物炭 及榕树气根生物炭                        [7]   的恒温摇床中振荡 5 h。然后，将锥形瓶离心过滤获
            等，这些生物炭对 U(Ⅵ)的吸附量均不高（<50 mg/g）。                    得黑色固体，并用去离子水多次洗涤至洗涤液呈中
            为了提高生物炭对 U(Ⅵ)的吸附量，有研究者利用硝                          性，将洗涤后的黑色固体在 60  ℃的恒温干燥箱中
                                          [8]
            酸进行生物炭改性。LIATSOU 等 采用硝酸处理丝                         干燥 12 h，即得到硝酸酸化改性的 SSB-AO              [10] 。
            瓜纤维生物炭，对 U(Ⅵ)吸附量可达 92 mg/g。JIN                     1.3   零电荷点及表面官能团含量测定
              [9]
            等 通过硝酸处理麦秸生物炭，对 U(Ⅵ)的吸附量                               采用固体添加法        [12] 测定 SSB-AO 的零电势点
            （355.6 mg/g）较改性前（8.7 mg/g）高约 40 倍。宋                pH PZC 值，具体操作为：准备 11 个 100 mL 锥形瓶，
            爽等  [10] 对咖啡豆生物炭进行硝酸处理，改性后生物                       加入 0.001 mol/L 的 KNO 3 溶液 45 mL，通过 0.1 mol/L
            炭对 U(Ⅵ)吸附量（251.7 mg/g）远高于未改性的生                     的 HCl 和 NaOH 调节溶液 pH 分别为 2~12，再加入
            物炭（80.9 mg/g）。这些研究表明，硝酸改性主要是                       KNO 3 溶液定容至 50 mL，并记录溶液的 pH，记为
            增加了生物炭表面的羧基等含氧官能团数量，从而                             pH i ；然后，将 0.1 g 的 SSB-AO 加到锥形瓶中，并
            提高了其对 U(Ⅵ)的吸附量。                                    立即封闭锥形瓶。将封口的锥形瓶置于 25  ℃恒温
                 此前，作者以城市污泥为原料热解制备出 SSB，                       摇床中 48 h，而后记录溶液的 pH，记为 pH f 。以 pH i
            其对 U(Ⅵ)的最大吸附量为 47.47 mg/g          [11] 。为了提高      为横坐标，∆pH（∆pH=pH f －pH i ）为纵坐标作图。
            其对 U(Ⅵ)的吸附量，本研究对 SSB 进行硝酸酸化                        当∆pH=0 时对应的 pH i 为零电势点 pH PZC 。
            改性，探究各环境因素对 SSB-AO 吸附 U(Ⅵ)的影响。                         酸性官能团的含量测定：通过 Boehm 滴定法                [13]
            此外，采用扫描电子显微镜及能谱分析（SEM-EDS）、                        测定 SSB-AO 中羟基、羧基及内酯基含量。用超纯
            红外光谱（FTIR）以及 XPS 等分析 U(Ⅵ)去除机理，                     水洗涤 SSB-AO，60  ℃下干燥 24 h 后，分别称取 1 g
            以期为城市污泥资源化利用与含 U(Ⅵ)废水的处理                           加到 25 mL 的 NaOH、NaHCO 3 和 Na 2 CO 3 溶液中（浓
            提供新思路。                                             度均为 0.05 mol/L），通过 0.05 mol/L 的 HCl 溶液滴
                                                               定，以甲基红作指示剂，并计算出羧基〔式（1）〕、
            1    实验部分                                          内酯基〔式（2）〕及羟基〔式（3）〕含量（mmol/g）。

                                                                                          V
            1.1   试剂与仪器                                               w 羧基     C NaHCO 3 V   C HCl HCl  / m     （1）
                 浓盐酸（质量分数 38%）、过氧化氢、硝酸、硝                              w         2C  V C  V   /m     w  （2）
            酸钠、氯化钙、碳酸钠、硝酸钾，AR，衡阳宏进化                                    内酯基     Na 2 CO 3  HCl HCl    羧基
                                                                                    V
            工有限公司；八氧化三铀（U 3 O 8 ），AR，国药集团                        w 羟基        C NaOH V C  HCl HCl  / m      w 羧基   w 内酯基  （3）

            化学试剂有限公司。实验所用污泥取自湖南衡阳某                             式中：V 为碱溶液体积，mL；C i 为对应的碱标准溶
            污水处理厂，含水率为 50.83%，挥发分含量为                           液的浓度，mol/L；m 为生物炭的质量，g；V HCl 为滴
                                                       [11]
            37.94%，灰分含量为 61.03%（以上均为质量分数） ，                    定时所用 HCl 体积，mL；C HCl 为盐酸浓度，mol/L。
            污泥经干燥、研磨及过 0.18  μm 筛后，收集过筛的                       1.4   SSB-AO 对 U(Ⅵ)的吸附实验
            粉末污泥密封保存备用。                                            1.00 g/L 的 U(Ⅵ)标准溶液配制：称取 1.1792 g
                 SX-4-10 型温控马弗炉，天津泰斯特仪器有限                      U 3 O 8 于烧杯中，依次加入 10 mL  浓 HCl、3 mL H 2 O 2
            公司；DF205 型恒温干燥箱，河北豪威电气设备科                          以及 2 滴浓 HNO 3 ，盖上玻璃表面皿，反应 5 min；
            技有限公司；IS-RDD3 型恒温摇床，美国精骐有限                         然后，将烧杯放在电炉上加热至固体全部溶解，待
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