【摘 要】
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99Tc是一种长寿命放射性核素。在水溶液中,Tc(Ⅶ)具有强化学迁移性和高溶解度,对水环境具有潜在的强污染风险。常用还原性材料将Tc(Ⅶ)还原成难溶的Tc(Ⅳ)以达到固定化和减害的目的。Cr(Ⅵ)与Tc(Ⅶ)氧化还原行为具有类似性。生物炭表面具有还原性,具有作为Tc(Ⅶ)固定化材料的潜力。本文以富含半纤维素的酸竹笋壳为原料,采用烘焙法制备生物炭,用于吸附水溶液中Tc(Ⅶ)的无放射性替代物Cr(Ⅵ)
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99Tc是一种长寿命放射性核素。在水溶液中,Tc(Ⅶ)具有强化学迁移性和高溶解度,对水环境具有潜在的强污染风险。常用还原性材料将Tc(Ⅶ)还原成难溶的Tc(Ⅳ)以达到固定化和减害的目的。Cr(Ⅵ)与Tc(Ⅶ)氧化还原行为具有类似性。生物炭表面具有还原性,具有作为Tc(Ⅶ)固定化材料的潜力。本文以富含半纤维素的酸竹笋壳为原料,采用烘焙法制备生物炭,用于吸附水溶液中Tc(Ⅶ)的无放射性替代物Cr(Ⅵ)。采用烘焙强度表征酸竹笋壳烘焙过程,详尽研究酸竹笋壳理化性质与烘焙强度的关系;结合烘焙强度指数模型及其变化速率模型,阐述酸竹笋壳烘焙机理。通过分批吸附实验研究笋壳烘焙生物炭吸附Cr(Ⅵ)的影响因素;通过吸附动力学、吸附平衡、热力学参数并结合表征分析Cr(Ⅵ)在笋壳烘焙生物炭表面上的吸附机理。主要的结论如下:(1)随着烘焙强度增大,笋壳内半纤维素组分逐渐热解,生物炭产率逐渐降低,灰分含量逐渐增多,零电荷点和pH逐渐增大,疏水性逐渐增强,笋壳烘焙生物炭表面官能团含量逐渐增多;在烘焙强度低于4.421时,烘焙有利于提高笋壳的吸附能力。(2)烘焙强度指数模型及其变化速率模型适用于研究笋壳烘焙过程。(3)羟基、羧基和内酯基是笋壳烘焙生物炭吸附Cr(Ⅵ)的主要活性位点,静电作用机理和氧化还原机理是其主要的吸附机理。(4)笋壳烘焙生物炭吸附Cr(Ⅵ)的最优工艺条件为:吸附剂用量:3 g·L-1;溶液pH值:1.0;吸附时间:12 h;溶液温度:40℃。r(Ⅵ)最大吸附量为102.77 mg·g-1。(5)笋壳烘焙生物炭吸附Cr(Ⅵ)的动力学符合准二级动力学模型;液膜扩散为其主要的动力学速率控制步骤;相比Langmuir模型,Freundlich模型和Temkin模型更适合用于描述Cr(Ⅵ)在笋壳烘焙生物炭表面的吸附平衡行为,Cr(Ⅵ)在笋壳烘焙生物炭上的吸附过程为多分子层非均相化学吸附过程。(6)笋壳烘焙生物炭吸附Cr(Ⅵ)过程的ΔG0为负值,表明吸附可自发进行;ΔH0为正值,表明吸附为吸热过程;ΔS0为正值,表明吸附Cr(Ⅵ)后,固-液界面混乱度增加。
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