Page 20 - 《精细化工》2023年第12期

·2562· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

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3 机理分析 推测 Ca 、Mg 与铀离子发生交换，经测定反应平
衡后钙镁离子浓度确定此吸附过程存在离子交换。
固体废弃物材料对铀的吸附可分为物理吸附、 合成树脂也常用于放射性废水处理中，阳离子交换
化学吸附。在废水处理过程中，往往是几种吸附共 树脂一般是以钠离子或氢离子置换溶液中的阳离
同作用的结果。农林业固体废弃物和城市固体废弃 子，通过离子交换树脂吸附铀选择性好，吸附效果
物与主要通过表面络合、离子交换、静电作用去除 优于废弃物制成的吸附剂。
铀，工业固体废弃物主要通过离子交换、氧化还原
反应、沉淀反应、静电作用去除铀，静电作用几乎
一直存在。物理吸附是通过吸附材料与 U（Ⅵ）分
子之间的范德华力和静电力作用产生无选择性的吸
附效果，吸附作用较弱；化学吸附主要依靠化学键
作用，有选择性，吸附作用较强。离子交换吸附主
要是靠静电引力，属于化学吸附。
3.1 静电作用

吸附剂在不同的 pH 下由于质子化而带不同的 图 18 离子交换吸附机理
电荷，铀也会发生水解等而价态或形式发生变化。 Fig. 18 Adsorption mechanism of ion exchange
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铀离子在水溶液中的形态有阳离子 UO 2 、UO 2 OH 、
–
2–
+
(UO 2 ) 3 (OH) 5 等，阴离子(UO 2 ) 3 (OH) 7 、UO 2 (OH) 4 等 3.3 络合作用
铀最稳定的价态为正六价，铀酰离子可与多种
存在。在酸性条件下，若 pH 过低，即 pH<零点电
+
+
荷（pH pzc ），吸附剂表面会附着 H 和 H 3 O ，使吸附 原子如 O、N、S、Cl、I 等配位，形成配合物。络
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剂表面质子化，而铀离子多以阳离子〔如 UO 2 、 合物在化学上被认为是高度配位化合物，活性基团
+
+
UO 2 OH 、(UO 2 ) 3 (OH) 5 〕形式存在，则铀离子与吸 如—NH 2 、—OH、—COOH、—C(:NOH)NH 2 等在一
定程度上能够利用本身电子对与溶液中的铀酰离子
附剂之间发生静电排斥，不利于铀的吸附；随着 pH
形成络合物，吸附机理如图 19 所示 [62] 。HADJITTOFI
的增大，吸附剂表面正电荷减少，溶液中含有铀离 [63]
–
子阴离子〔(UO 2 ) 3 (OH) 7 〕形式，与吸附剂静电吸引； 等 活化改性仙人掌生物炭从水溶液中吸附 U
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（Ⅵ），在 pH=3 时 UO 2 与羧基（—COOH）相互作
碱性条件下，即 pH>pH pzc ，吸附剂表面带负电荷，
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用形成内球络合物 COO–UO 2 。周书葵等 [64] 发现，
铀离子多为阴离子形态，与吸附剂带同种电荷则发
改性后的小麦秸秆生物炭主要通过羟基和羧基络合
生静电排斥，吸附机理如图 17 所示。静电作用存在
作用吸附土壤中的铀。
于大多数的反应中。

图 19 络合作用吸附机理 [62]
Fig. 19 Adsorption mechanism for complexation [62]

3.4 氧化还原反应

溶液中 U（Ⅵ）被具有还原性的吸附剂吸附，
图 17 静电作用吸附机理
Fig. 17 Adsorption mechanism of Electrostatic action 可能会发生氧化还原反应，将 U（Ⅵ）还原为更低
价态的铀。nZVI 和零价纳米铝（nZVAl）等纳米零
3.2 离子交换 价金属具有还原性，氧化还原反应是去除铀的主要
离子交换剂通过可交换基团与溶液中各种离子 机理，如图 20 所示。nZVI 的还原组分包括 Fe（0）
进行交换，达到分离的目的。吸附剂可通过离子交 和 Fe ，将 U（Ⅵ）还原为 U（Ⅳ）或 U（Ⅴ），还
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换为铀提供吸附位点，达到吸附的效果，吸附机理 原产物为 UO 2 沉淀和 U 3 O 7 等，nZVI 中 Fe 则氧化为
如图 18 所示。CHEN 等 [61] 通过改变赤泥的粒径大小 FeS、Fe 5 HO 8 •4H 2 O 和 Fe 3 O 4 等铁氧化物，受到不同
探究铀吸附效果，XRD 谱图表明，赤泥与 U（Ⅵ） 因素的影响 nZVI 的氧化物也是不同的 。刘清等 [37]
[4]
反应后，对应于 Ca 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 的峰明显消失，Ca 2+ 通过 XPS 谱图发现，反应后 Fe（0）和 Fe（Ⅱ）的
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与 UO 2 发生离子交换。莫官海等 [55] 通过 FTIR 分析 峰面积减少，Fe（Ⅲ）的峰面积和强度都增加了，