Page 234 - 《精细化工》2023年第12期

·2776· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

射状晶体形成，且较改性生物炭表面的晶体更为密 吸附材料与重金属离子的相互作用主要取决于
集，表明 PSB 仍具有生物活性，通过生物矿化作用 其表面官能团 [23] 。图 8 为改性前后生物炭与 U(Ⅵ)
–1
生成了磷酸盐铀酰矿物沉淀。 反应的 FTIR 结果。3268 和 1008 cm 处的特征峰对
应于 PMBC+PSB24 的—OH（醇、酚和羧酸）和 P—
O 的振动吸收峰 [24] ，表明改性生物炭表面含有大量
–1
的羟基和磷酸基团。2924 cm 处的特征峰对应 C—
–1
H 的振动吸收峰 [25] 。1626~1661 cm 处源自于生物
[26]
炭芳香羰基/羧基的C==O 振动吸收峰 。1421~1444 cm –1
[27]
处观察到各类芳香族 C==C/C—H 的振动吸收峰 。
–1
PMBC+PSB24+U(Ⅵ)中的1232和1537 cm 处吸收峰分
[28]
别对应P—O和—COO与U(Ⅵ)的螯合 。539和598 cm –1

[29]
处的特征峰归因于 P==O 与 U(Ⅵ)的反应 。
a—PMBC+PSB24；b—PMBC+PSB24+U(Ⅵ)

图 6 PMBC+PSB24 与 U(Ⅵ)反应前后的 TEM 图
Fig. 6 TEM images of PMBC+PSB24 before and after
reaction with U(Ⅵ)

2.4 XRD 和 FTIR 分析
为明确改性生物炭中出现的放射状晶体的结
构，对其进行 XRD 测试，结果见图 7。各组均由晶
相物质和非晶相物质组成，主要特征峰相似，晶相
物质显示为二氧化硅（SiO 2 ）和变钾铀云母〔K(UO 2 )
(PO 4 )•3H 2 O〕。在 2θ=20.85°、26.63°等处的特征峰对
应 生 物炭上 的 SiO 2 。 PMBC+PSB24+U( Ⅵ ) 在
2θ=17.65°、25.35°、36.34°等处的特征峰证实上述放
射状晶体为 K(UO 2 )(PO 4 )•3H 2 O [21] ，说明 U(Ⅵ)以沉
淀物的形式固定在生物炭表面。ZHENG 等 [22] 在研

究酿酒酵母菌对 U(Ⅵ)的生物矿化时也在细胞表面 图 8 PMBC 和 PMBC+PSB24 与 U(Ⅵ)反应前后的 FTIR
发现了 K(UO 2 )(PO 4 )•3H 2 O，因此改性后生物炭表面 谱图
矿物沉淀的形成可能与 PSB 的矿化作用有关。 Fig. 8 FTIR spectra of PMBC and PMBC+PSB24 before
and after reaction with U(Ⅵ)

2.5 XPS 分析
为探究 PMBC+PSB24 对 U(Ⅵ)的吸附机理，利
用 XPS 对吸附前后材料表面化学性质进行了测试，
结果如图 9 所示。图 9a 为 PMBC+PSB24 与 U(Ⅵ)
反应前后的总谱。与反应前相比，反应后 O 和 P 的
相对含量分别增加 5.42%和 0.16%，这是由于各类
含氧官能团与 U(Ⅵ)络合所致 [30] 。图 9b 中，C 1s 被
分为 3 个峰，分别对应 C—C（284.80 eV）、C—O
（286.07 eV）和 O—C==O（288.39 eV）。反应后，O—
C==O 和 C—O 的结合能分别增大了 0.51 和 0.45 eV，
表明其参与了 U(Ⅵ)的络合 [31] 。峰面积的变化也展
示出重金属固定过程中存在离子交换 [32] 。图 9c 中，
—OH 和 O—C==O 特征峰分别处于 531.60 和

533.02 eV 附近。反应后 O—C==O 的相对含量增加
图 7 PMBC 和 PMBC+PSB24 与 U(Ⅵ)反应前后的 XRD
了 7.80%，且两者结合能均略微降低，说明氧原子
谱图
Fig. 7 XRD patterns of PMBC and PMBC+PSB24 before 周围的电子密度增加，含氧基团与金属离子的配位
and after reaction with U(Ⅵ) 增强，参与了 U(Ⅵ)的去除 [33] 。图 9d 中，P 2p 的谱