介孔碳复合材料吸附铀的研究

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以经济高效的方式吸附水体中的铀具有重要的科学和现实意义。有序介孔碳具有开放的有序框架结构,比表面积和孔容大等优点,在吸附方面具有潜在的应用价值。以介孔碳(CMK-3)为基体,制备聚苯胺/介孔碳复合材料(PANI/CMK-3)、偕胺肟化聚丙烯腈/介孔碳复合材料(APAN/CMK-3)和聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)-丙烯酰胺/介孔碳复合材料(P(AMPS-AM)/CMK-3),拟突破介孔碳吸附容量低、选择性差和稳定性弱等瓶颈。采用FT-IR、SEM和N2吸附-脱附等技术手段表征聚合物/介孔碳复合材料的表面物理化学性能。考察了溶液pH值、吸附时间、铀浓度和温度对复合材料吸附铀(VI)性能的影响,探讨吸附动力学,等温线和热力学规律,还研究了聚合物复合对介孔碳选择性吸附性能的影响。在保持介孔碳有序框架结构的前提下,成功将PANI、APAN和P(AMPS-AM)复合到CMK-3的内外表面,复合材料的比表面积下降到CMK-3的1/21/5,孔容下降0.150.8cm3·g-1,平均孔径增加0.71.5nm。CMK-3和复合材料吸附铀(VI)的结果表明,聚合物复合后,最佳pH值从6.0下降到5.0。吸附剂吸附铀(VI)的行为均符合准二级吸附动力学模型和Langmuir等温吸附模型,即表明吸附主要是受化学作用控制,复合材料的单分子层饱和吸附容量为238.7mg·g-1(APAN/CMK-3)、193.8mg·g-1(P(AMPS-AM)/CMK-3)、131.8mg·g-1(PANI/CMK-3)。由ΔS>0,ΔG<0可知吸附剂对铀的吸附是自发的吸热过程,升高温度有利于吸附反应进行。当Na+、Mg2+、Zn2+、Mn2+和Sr2+离子共存时,复合材料对铀(VI)的吸附选择性显著增强,其中APAN/CMK-3的选择性最好,相对选择性系数均大于10。
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