UiO-66-NH2及其改性材料对水中U(Ⅵ)的吸附研究

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铀矿采冶及铀的利用过程中产生的大量含铀废水,给生态系统和公众健康带来了严重的影响。如何有效去除水体中的U(VI)成为污水处理领域的一项重要课题。目前,吸附法因效率高、操作简单且不易产生二次污染等被认为是去除U(VI)的最佳方法之一。金属有机骨架材料--UiO-66-NH2以其稳定性高、比表面积大且易功能化等很适合作为新型吸附剂去除水中的U(VI)。本文采用溶剂热法和湿浸渍法分别制备了UiO-66-NH2及其聚乙烯亚胺(PEI)改性材料,用于对水中U(Ⅵ)的吸附去除研究。采用SEM、XRD、FTIR和XPS等技术对材料形貌、结构进行了表征,考察了pH、投加量、吸附时间等影响因素对吸附效果的影响,并探讨了吸附机理,得到如下结果:(1)在添加乙酸的条件下,通过溶剂热法合成了对U(Ⅵ)具有高吸附量的UiO-66-NH2。试验结果表明:在初始U(VI)浓度为10 mg/L,投加量为100 mg/L,pH=6,30℃时,UiO-66-NH2对U(VI)的去除率为97.17%,且在60 min时基本达到了吸附平衡;吸附过程是自发、吸热的,符合准二级动力学和Langmuir等温线模型,最大吸附量达384.6 mg/g;吸附-解吸实验表明其具有良好的可重复利用性。FT-IR和XPS分析表明氨基、Zr-OH和Zr-O-Zr在U(VI)吸附过程中起重要作用,吸附机理主要为U(VI)与Zr-OH和C-NH2之间的配位作用;另外,U(VI)还极有可能与Zr-O-Zr结构中的桥接O原子通过共价键相结合。(2)通过湿浸渍法成功制备了PEI改性UiO-66-NH2。UiO-66-NH2骨架的晶型结构不会因PEI的负载而被破坏,但其XRD特征峰强度会因PEI含量的增加而逐渐减弱,且PEI负载量过高会导致UiO-66-NH2晶粒之间的团聚加重。吸附试验结果表明:PEI与UiO-66-NH2的最佳质量比为30%,在投加量为80 mg/L,初始U(Ⅵ)浓度为10 mg/L,pH=6,30℃时,UiO-66-NH2/PEI对U(Ⅵ)的去除率达98.2%,且吸附反应在60 min内达到平衡;吸附动力学和等温线分析表明,UiO-66-NH2/PEI对U(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型,最大吸附容量达452.49 mg/g。
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