蒙脱土/Fe3O4/腐殖酸复合材料(MFH)对U(Ⅵ)的作用机制研究

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低浓度放射性废水中的铀以U(Ⅵ)形式存在于水中,具有高毒性和易迁移等特点。吸附法具有成本低、效率高、不易造成二次污染等的优点。为寻求高效、可循环性的吸附剂用于含U(Ⅵ)废水的处理,本试验通过水热法制备了Fe3O4/腐殖酸(Fe3O4/HA)与蒙脱土/Fe3O4/腐殖酸复合材料(MFH),采用FTIR、SEM、BET和XRD等手段对材料进行物相形貌和元素组成分析。结合热力学动力学试验结果探讨了MFH对U(Ⅵ)的吸附机理,得到了以下结果:(1)pH、Fe3O4/HA投加量、反应时间、U(Ⅵ)初始浓度及吸附温度等因素对Fe3O4/HA吸附U(Ⅵ)的影响试验结果表明,当温度为30℃、pH=6、Fe3O4/HA投加量为0.4 g/L,时间为60 min时,Fe3O4/HA对U(Ⅵ)最大吸附容量为140.845 mg/g。XRD及FTIR表征表明成功合成Fe3O4/HA,且表面含有大量的官能团。Fe3O4/HA对U(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学及Langmuir模型,说明主要的吸附机理是化学吸附,热力学分析表明吸附过程为自发的吸热反应。经过五个连续的吸附-解吸循环,Fe3O4/HA去除率达到74.8%。(2)腐殖酸含量、pH、MFH投加量、反应时间、U(Ⅵ)初始浓度及反应温度等对MFH吸附U(Ⅵ)的影响试验结果表明,在腐殖酸含量为0.228 g、pH=6、MFH投加量为0.3 g/L,温度为30℃、反应时间为30 min时,MFH对U(Ⅵ)的最大吸附率为97.5%,最大吸附容量为267 mg/g,而未加蒙脱土的Fe3O4/HA对U(Ⅵ)最大吸附容量高为140.845 mg/g。Fe3O4/HA为团聚在一起的小颗粒,MFH呈波纹结构并分布着Fe3O4/HA小颗粒;BET结果表明MFH比表面积比Fe3O4/HA增大了25.42 m2/g,孔体积增大,孔径减小;XRD中存在Fe3O4(311)与MMT(101)的特征晶面衍射峰,材料成功制备。MFH对U(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学模型;Langmuir能对吸附结果进行很好的拟合,以单层吸附为主,也存在多层吸附。-OH、Fe-O为MFH吸附U(Ⅵ)的主要吸附位点,U(Ⅵ)成功吸附在材料表面,MFH在去除U(Ⅵ)的过程中发生了化学还原,Fe的高分辨率光谱吸附前后Fe2+面积减少,Fe3+面积增大,存在少量Fe2+与U(Ⅵ)发生反应,将U(Ⅵ)还原为U(IV)。MFH对U(Ⅵ)的吸附机理主要为表面络合与还原反应。经过5次循环后,MFH对U(Ⅵ)的吸附率仍在90%以上,说明MFH具有良好的循环再生性能。
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