铀在土壤中的吸附动力学

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桂 林 工 学 院 学 报 2007年
表 1 水样的化学组分
Table1 Chemicalcompositionsofthewater mg· L-1
组分 K+ +Na+ Ca2+ Mg2+ Cl-
SO24-
HCO- 3
河边井水 15.41 48.1 9.72 1.26 84.53 126.53
与 batch法相比 , 流动法 (柱法 )更接近野外实际 处置预选场址上的包气带土壤 .根据场址的地 质
情况 .因此 , 本文 针对核 退役工 程放 射性 废物 , 条件 , 废物库宜采用半地下处置方式 , 因此 , 取
采用流动法来研究预选场址土壤对铀的吸附性能 , 位于预选场址上的 7 号井深 1.3 ～ 1.95 m的土 壤
影响的数据 (图 1 ～图 4). 1.5 吸附量 、 解吸量及吸附率的测定
水相 pH值对吸附量的影响示于图 1.其它参 数 :粒度 为 0.42 ～ 0.25 mm, 铀 溶液 浓 度 为 10
在吸附过程中 , 随 着吸附质在吸附剂表面数 mg/L, 流量为 60 mL/h.结 果表 明 :pH =7 时 ,
foruraniuminthesoil
浓度 / (mg· L-1
)参数
Elovich 抛物线扩 双常数速 一级反应动
方程
散方程 率方程 力学方程
图 3 浓度对吸附量的影响
量的增加 , 解吸速度 逐渐加快 , 当 吸附速度和解 铀在土壤中的平衡吸附量最大 , 其次是 pH为 5,
吸速度相当 , 即吸附 量不再继续增 加时 , 就达到 pH为 3时的平衡吸附量最小 .
了吸附平衡 .此时吸附剂对吸附质的吸附量称为 2.2 土壤粒度的影响
平衡吸附量 .在吸附 剂和吸附质一 定时 , 平衡吸
度的土壤平衡吸附量 差别不大 , 但 总的来说 , 粒 (1) 度越小 , 平衡Biblioteka 附量越大 .pH3
酸度实验
5
7
9
3
浓度实验 3
3
流量实验
3
3
3 粒度实验 3
3
表 2 吸附平衡时间及吸附率与各参数的关系
Table2 Relationofadsorptionbalancetimeandadsorptionratewithsomeparameters
流量对吸附量的影响示于图 4.从图中可以看 出 , 流量 为 60 mL/h时 土壤对铀 的吸附量 最大 , 而流量为 90和 120 mL/h时的吸附量均小于流量 为 60 mL/h时的吸附量 .
3 吸附动力学方程的选取
3.1 吸附动力学曲线的绘制 以单位土体铀的吸附量对淋滤时间作图 , 便
可得土壤对铀的吸附动力学曲线 (图 1 ～图 4).
46.9 7
第 1期 李 爽等 :铀在土壤中的吸附动力学
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图 1 pH值对吸附量的影响 Fig.1 EffectsofpHvaluesonadsorptionquantityofuranium
图 4 流量对吸附量的影响
Fig.4 Fluxeffectsonadsorptionquantity d=0.42 ～ 0.25mm;ρ=10 mg/L;pH=3
研究土壤对铀的吸附性能对于含铀放射性废 HNO3 , 成都 联合化工 试剂研究 所 ;NaOH, 成 都 物的安全处置 有重要意 义[ 1 -3] .目前多 用静态法 科龙化工试剂厂 , 所选试剂均为分析纯 .
(batch法 )来进行这方面的研究 , batch法由于通 1.2 土样与水样
常采用较大的液土比而与实际情况有较大的差异 . 1.2.1 土样 土样采集于核退役工程放射性废物
本实验 pH为 3, 其它参数同上 .不同粒度土
附量就是分压力 P (或质量浓度 ρ)和温度 (t) 壤对 铀 的 吸 附量 示 于 图 2.可 以 看 出 , 粒 度 为
的函数 [ 5] .
0.84 ～ 0.42 mm时 , 平 衡吸附量最小 , 而其它 粒
土壤对铀的吸附量 qt(mg/g) qt =qt-1 +(ρ0 -ρt)· V/m;
并建立相应的吸附动 力学方程 , 从而确定铀在该 作为实验土样 .弃去粒径大于 2 cm的块石 , 自然
场址土壤中的吸附特 性 , 为评价场址的安全性提 风干 , 再于 40 ℃烘箱中烘干 、 过筛 .选取 4种样
供依据 .
品颗 粒 度 作 为 实 验 样 品 : 0.84 ～ 0.42, 0.42 ～
试 剂 :硝 酸 铀 酰 [ UO2 (NO3 )2 · 6 H2 O] , 水稀释至刻度 , 备用 .此溶液 1 mL含 1 mg铀 .
收稿日期 :2006-11 -08 基金项目 :国防科工委核退役专项课题基金资助 (GC2004012) 作者简介 :李 爽 (1976 -), 女 , 博士研究生, 研究方向:环境地球化学, E-mail:lsangell@.
实际土壤密度 , 再盖 上一层玻璃屑 .用蒸馏水先 所用时间内流过土壤的铀的总量 (mg/g).
将土壤样品饱和 , 再借助恒流泵在一定流速下用
吸附平衡时间和吸附率与各参数的关系列 于
不同浓度的硝酸铀酰 溶液喷淋 , 隔一定时间收集 表 2.不同条件下达到吸附平衡的时间差别较大 ,
一定体积的流出液 , 用 ICP-OES法测其中的铀浓 最短 10 h吸附平衡 , 最长要 126 h吸附平衡 ;吸
图 2 土壤粒度对吸附量的影响 Fig.2 Effectsofparticlesizeonadsorptionquantityofuranium
ρ=10 mg/L;v=60 mL/h;pH=3
2.3 铀溶液初始浓度的影响 铀溶液初始浓度对吸附量的影响示于图 3.本
实验中其它参数同上 .从图中可以 看出 , 吸附量 随铀溶液初始浓度的增大而增大 . 2.4 流量的影响
与 ρ的关系 :a=-0.015 2ρ2 +0.213 9ρ-0.342 8;
b与 ρ的关系 :b=0.118ρ-0.276 2.代入拟合度最
好的 Elovich方程即得铀的吸附动力学方程
表 3 土壤对铀等温吸附曲线的线性回归参数 Table3 Linerregressioncoefficientofadsorptionisotherm
第 27卷 第 1期 2007年 2月
桂林工学院 学报 JournalofGuilinUniversityofTechnology
Vol.27 No.1 Feb.2007
文章编号 :1006 -544X (2007)01 -049 -04
铀在土壤中的吸附动力学
李 爽 , 倪师军 , 张成江
(成都理工大学 核技术与自动化工程学院, 成都 610059)
泉水
21.09 56.12 6.8 0.63 88.38 147.62
河水
14.58 48.1 8.74 1.26 76.84 118.62
平衡时的解吸量 qt(mg/g)
qt =qt-1 +ρt· V/m.
(2)
式中 :qt为时间 t时的吸附量 ;qt-1 为时间 t-1时的
吸附量 ;ρ0 为铀溶液的初始浓度 (mg/L);ρt为时间 t
3.2 吸附动力学方程的选取 常用的吸附与解吸动力学方程 [ 6] 有 :
Elovich方程 qt =a+blnt;
(4)
双常数速率方程 lnqt =a+blnt; 抛物线扩散方程 qt =a+bt1/2 ; 一级反应动力学方程 lnqt =a+bt.
(5) (6) (7)
式中 :qt为 t时刻铀在单位土体上的吸附量 (mg/g); t为反应时间 (h);a为与初始质量浓度有关的实验
度 , 至流出的浓度接近流入的铀浓度时即可认为 附率也各不相同 , 最大吸附率为 54.75%.
达到吸附平衡 .由此可以得到溶液浓度对吸附过 2 各种因素对铀在土壤中的平衡吸
程影响的实验数据 .同样调节硝酸铀酰溶液流速 , 改变溶液 pH值与土壤粒度 , 重复上述实验过程 ,
附量的影响
由此可以得到流速 、 pH值及土壤粒度对吸附过程 2.1 水相 pH值的影响
37.8
126
0.42 ～ 0.25
10
60
5.45
26.4
88
0.42 ～ 0.25
5
60
1.65
4.5
30
0.42 ～ 0.25
15
60
4.09
13.5
30
0.42 ～ 0.25
20
60
6.10
31.2
52
0.42 ～ 0.25
10
90
1.27
6.3
14
0.42 ～ 0.26
10
1 20
1.33
平 (精度为 0.000 1 g), 梅特勒 -托 利多仪器 (上 1.3 铀溶液的制备
海 )有限公司 .自制吸附柱 , 用有机玻璃加工而成 ,
称取 0.527 3 g硝酸铀酰 [ UO2 (NO3 )2 · 6H2 O] ,
内径为 1 cm, 长 10 cm(下部带滤网 ).
以少量稀硝酸溶解 , 移入 250 mL容量瓶中 , 用蒸馏
6.0
10
0.84 ～ 0.42
10
60
0.60
3.0
10
0.25 ～ 0.178
10
60
2.68
6.0
20
0.178～ 0.15
10
60
3.10
6.6
22
吸附率 / %
36.0 2 54.7 5
42.2 0 20.6 4 36.6 7