铀酰离子与有机配体螯合强化电絮凝处理含铀废水及机理研究

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随着核能的大力推广与开发应用,越来越多的含铀废水排入水环境中,给生态环境及人体健康造成的危害日趋严重,含铀废水的绿色、高效、资源化处理是当前亟待解决的问题和研究热点。本研究针对低浓度含铀废水(5.0mg/L)处理成本高、难以资源化富集的问题,提出了铀酰离子(UO22+)与有机配体螯合强化电絮凝去除废水中铀的新思路,即利用铀酰离子与有机配体的选择性螯合作用,使游离分散的高活度铀酰离子枝连固定,继而进行生成含铀螯合物电絮凝沉淀去除废水中的铀,对所得絮体进行氧化洗脱,破坏有机配体与铀酰离子的螯合化学键,从而实现沉淀絮体中铀的解离,为解决含铀废水的高效处理与资源回收提供理论和技术参考。本论文探索并讨论了U(Ⅵ)电絮凝去除的影响条件和因素,分析UO22+电絮凝和有机配体添加后UO22+-有机配体螯合物强化电絮凝的动力学特性;对所得沉淀絮体进行物化表征与分析,揭示Fe氧化物/氢氧化物絮凝前驱体与UO22+、UO22+-有机配体螯合物强化电絮凝沉淀机理;采用H2O2+Na2CO3氧化洗涤沉淀絮体,解离并富集沉淀絮体中的U(Ⅵ),实现废水中放射性U(Ⅵ)的资源化富集。主要取得以下结论与认识:(1)研究了不同影响因素对电絮凝、添加有机配体强化电絮凝除铀效果的影响,在pH为6.0,电流密度j=2.0 mA/cm2的条件下电絮凝除铀效果最佳;在pH为6.0、电流密度为1.0 mA/cm2、有机配体为茜素红、有机配体与铀酰离子摩尔比为3:1、初始铀浓度为3.5 mg/L的条件下,添加有机配体强化电絮凝铀去除率最高达到99.35%,电能利用率较高。添加有机配体螯合强化电絮凝技术更适合处理低浓度含铀废水。(2)电絮凝和添加有机配体强化电絮凝除铀动力学特性分析结果表明,电絮凝除铀过程符合一级动力学模型,添加有机配体螯合强化电絮凝除铀过程更符合二级动力学模型。(3)采用H2O2+Na2CO3氧化洗脱添加有机配体螯合强化电絮凝除铀沉淀絮凝物,发现洗脱液中的UO22+浓度较高,Al3+、Ca2+、Mg2+、Fe3+浓度较低,说明有机配体主要对UO22+进行选择性螯合,对Al3+、Ca2+、Mg2+、Fe3+基本没有螯合富集,并且铀的洗脱溶出量与沉淀絮凝物的量成正比例关系。表明添加有机配体螯合强化电絮凝除铀沉淀絮体易实现资源化富集回收,适合处理低浓度含铀废水的处理。(4)采用SEM、XRD、XPS和FTIR等手段对电絮凝和添加有机配体螯合强化电絮凝沉淀絮凝物进行表征分析,揭示了电絮凝除铀机理主要是通过铀酰离子被电絮凝前驱体Fe(OH)3、Fe2O3网捕形成沉淀,也有铀酰离子与OH-直接形成沉淀;添加有机配体螯合强化电絮凝除铀机理为:既有电絮凝前驱体Fe(OH)3、Fe2O3对铀酰离子的网捕(即物理吸附),也有铀酰离子与有机配体中活性基团的螯合作用(即离子交换),再被前驱体Fe(OH)3、Fe2O3絮凝去除。
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