铀在高岭土上的吸附动力学及热力学研究
铀在页岩上的吸附迁移行为研究的开题报告
铀在页岩上的吸附迁移行为研究的开题报告一、立题背景和意义铀是一种广泛存在于自然界中的放射性元素，它的存在和分布往往与地质条件、水文地质特征及环境污染等因素密切相关。
近年来，随着能源资源的逐渐枯竭和环境保护意识的逐渐增强，页岩作为一种新型的能源资源，备受瞩目。
然而，在页岩开采过程中，铀的存在和运移状态仍然是一个十分复杂的问题，这对于采矿企业的环保治理和资源利用具有重要意义。
因此，对铀在页岩上的吸附迁移行为进行深入的研究，不仅可以为解决当前页岩开采过程中的环境问题提供理论支持和应对策略，还可以为探索新型能源资源的开发和利用提供科学依据和参考。
二、研究内容和方法1.研究目标本研究旨在探究铀在页岩上的吸附迁移行为特征和规律，分析其与页岩矿物及水文地质条件之间的关系，建立铀在页岩中迁移模型，进一步提高资源利用率和环保治理效果。
2.研究内容本研究将对铀在不同类型的页岩上的吸附迁移行为进行实验研究，采用分光光度法、电感耦合等离子体质谱法等现代分析技术，分析铀的存在状态和运移规律，结合水文地质条件和页岩矿物特征，深入探讨铀在页岩中的吸附迁移机理和影响因素，建立铀在页岩中的迁移模型。
3.研究方法（1）采集不同类型的页岩样品，并对其进行物相、微观结构和成分分析。
（2）构建铀在页岩上的吸附迁移实验装置，采用分光光度法、电感耦合等离子体质谱法等现代分析技术对吸附迁移过程进行实时监测和分析。
（3）对实验结果进行数据处理和分析，建立铀在页岩中的吸附迁移模型，并探讨影响因素和机理。
三、预期成果和创新点预期的研究成果包括：（1）掌握铀在不同类型页岩上的吸附迁移规律和特征；（2）建立铀在页岩上的迁移模型，并分析其应用价值；（3）为页岩资源的高效利用和环境治理提供科学理论和技术支持。
创新点：（1）对铀在页岩中的吸附迁移行为进行深入研究，对范式建立、解决资源利用与环境治理问题具有重要意义。
（2）应用现代分析技术，实时监测铀在页岩中的吸附迁移，并建立铀在页岩中的迁移模型，为页岩资源的高效利用和环境治理提供理论和实践指导。
铀、锶在浅地层处置场土壤中的吸附迁移研究的开题报告
铀、锶在浅地层处置场土壤中的吸附迁移研究的开题报告一、研究背景随着核能在能源领域中的应用，放射性物质的污染问题日益引起人们的重视。
土壤是地下水的重要保护层，而浅地层处置场土壤中的铀、锶等放射性元素的迁移和吸附特性，不仅影响到地下水的质量和安全，也对人类和环境健康带来潜在威胁。
因此，开展针对浅地层处置场土壤中铀、锶的吸附迁移特性研究，对于保障地下水资源安全和环境健康至关重要。
二、研究目的本研究旨在探究浅地层处置场土壤中铀、锶的吸附迁移特性，具体目的如下：1. 了解铀、锶在浅地层处置场土壤中的分布特征和环境背景值；2. 探究铀、锶在不同pH值下在浅地层处置场土壤中的吸附特性；3. 研究铀、锶在浅地层处置场土壤中的迁移规律和影响因素；4. 分析影响铀、锶迁移的主要因素，为土壤污染控制和环境风险评估提供科学依据。
三、研究内容本研究将针对浅地层处置场土壤中的铀、锶进行实验室模拟研究，并结合现场采样分析，主要研究内容包括：1. 土壤样品的采集、处理和分析，包括土壤重金属元素测定，pH值测定，有机碳含量测定等；2. 在不同pH值下，利用批试验的方法探究铀、锶在浅地层处置场土壤中的吸附特性，并对吸附等温线和动力学进行分析和比较；3. 模拟浅地层处置场土壤的渗透作用，研究铀、锶在土壤中的迁移规律，并对迁移速率和迁移距离进行分析；4. 探究影响铀、锶在浅地层处置场土壤中迁移的主要因素，并分析环境风险评估结果。
四、研究方法本研究将采取实验室模拟和现场采样相结合的方法，具体操作包括：1. 采集浅地层处置场土壤样品，并进行表征分析，包括土壤pH值，有机碳含量，重金属元素浓度等；2. 设计铀、锶吸附和迁移模拟实验，模拟浅地层处置场土壤中的实际情况，对铀、锶在不同pH值下的吸附等温线和动力学进行研究；3. 通过土柱实验研究铀、锶在土壤中的迁移规律，考虑不同渗透条件下，铀、锶在土壤中的分布和迁移速度，以及迁移距离等参数，并进行分析和比较；4. 结合现场采样数据和实验室研究结果，分析影响浅地层处置场土壤中铀、锶迁移的主要因素，并进行风险评估分析。
分子动力学方法模拟不同温度下铀酰在叶腊石上的吸附和扩散行为
分子动力学方法模拟不同温度下铀酰在叶腊石上的吸附和扩散行为张陶娜;徐雪雯;董亮;谭昭怡;刘春立【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2017(033)010【摘要】In this study,molecular dynamics simulations were performed to gain insight into the adsorption and diffusion behavior of uranyl carbonate species on pyrophyllite basal surface at various temperatures(298.15,313.15,and 333.15 K).At these temperatures,four kinds of uranium species,i.e.UO2,UO2CO3,UO2(CO3)22-,UO2(CO3)34-,and uranyl oligomers were obtained.According to the atomic density profile of each uranyl species,only UO22+ and UO2CO3 were adsorbed on the pyrophyllite surface.Therefore,due to the strong coordination interaction between carbonate ion and uranyl,the pyrophyllite surface exhibited weak adsorption capacity for uranium after prolonged simulations.Self-diffusion coefficients of water molecules and uranyl species in both the adsorbed layer and the diffuse layer were calculated.With increasing temperature,the diffusion coefficients for all species increased;however,4in the adsorbed layer,the diffusion coefficients for UO2(CO3)22-and UO2(CO3)34-increased faster than those for UO22+ and UO2CO3.Nonetheless,the diffuse order remained unchanged in both the layers:UO22+ ＞ UO2CO3 ＞UO2(CO3)22-＞ UO2(CO3)34-.This indicates that UO22+ is the maindiffusing species.%采用分子动力学方法研究了铀酰在叶腊石表面的吸附和扩散.在碳酸根离子存在的情况下,探究了温度对铀酰吸附和扩散的影响.碳酸根离子与铀酰存在较强的作用力,不同数目的碳酸根离子与铀酰结合会形成多种铀酰种态.在不同温度的模拟中,得到了UO22+、UO2CO3、UO2(CO3)22-;、UO2(CO3)34-四种铀酰种态和铀酰聚合物.通过原子密度图,观察了粒子在溶液中的分布情况.发现UO22++和UO2CO3容易吸附在叶腊石上,而UO2(CO3)22-和UO2(CO3)34-主要存在于扩散层中.随着时间的推移,越来越多的碳酸根离子与铀酰配位,使得铀酰在叶腊石上的吸附逐渐减少.本文计算了不同温度下,各铀酰种态的扩散系数.在扩散层中,各种态的扩散系数随温度的变化较为一致,而在吸附层中,UO22+和UO2CO3的扩散速率随温度的变化较UO2(CO3)22-和UO2(CO3)34-慢.但是在同一温度下,同一个吸附层或扩散层中,铀酰种态的扩散系数大小顺序始终保持不变:UO22+＞UO2CO3＞ UO2(CO3)22-＞ UO2(CO3)34-.说明在碳酸根存在的情况下,UO22+可能是主要的扩散形式.【总页数】9页(P2013-2021)【作者】张陶娜;徐雪雯;董亮;谭昭怡;刘春立【作者单位】北京分子科学国家实验室,放射化学与辐射化学重点学科实验室,北京大学化学与分子工程学院,北京100871;北京分子科学国家实验室,放射化学与辐射化学重点学科实验室,北京大学化学与分子工程学院,北京100871;中国工程物理研究院核物理与化学研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院核物理与化学研究所,四川绵阳621900;北京分子科学国家实验室,放射化学与辐射化学重点学科实验室,北京大学化学与分子工程学院,北京100871【正文语种】中文【中图分类】O643【相关文献】1.利用分子动力学方法研究吸附原子在Re(0001)表面的自扩散行为 [J], 李友明2.铀酰离子吸附在高岭土基面的分子动力学模拟 [J], 刘晓宇;黎春;田文宇;陈涛;王路化;郑仲;朱建波;孙茂;刘春立3.不同温度制备Ni基介孔材料MCM-41吸附剂对模拟柴油的吸附脱硫 [J], 范林;王玉和4.铀酰在氧化石墨烯和碳纳米纤维上吸附的研究进展 [J], 孙玉兵;王慧慧;郭涵;张宁5.不同温度处理条件下赤拟谷盗成虫的扩散行为 [J], 郭亚飞; 吕建华; 霍鸣飞; 张育濮; 康宇龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
粘土岩对铀(Ⅵ)的吸附特征研究
粘土岩对铀(Ⅵ)的吸附特征研究赖捷;刘畅;冷阳春;成建峰;庹先国【期刊名称】《四川大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(054)004【摘要】In this paper,experimental study on static absorption was carried out for Alashan clay rock on Inner Mongolia.To explore the factors which may influence absorption characteristic of U(Ⅵ) on clay rock,including contact time,U(Ⅵ) initial concentration,solid-liquid ratio,pH value,ionic type and ionic concentration.The following results are obtained.The absorption rate of U(Ⅵ) on Alashan clay rock in Inner Mongolia is qu ite fast with adsorption equilibrium achieved in 24 hours.The optimum adsorption ratio is 1 ∶ 200,and the optimum adsorption concentration is 160 μg · mL-1.The absorption capacity of clay rock was enlarged with the increasing of pH value.When pH value is at 8,the ability of absorption reaches the best.The absorption capacity of U (Ⅵ) is largely hindered by Ca2+ 、CO32-and HCO3-,which have a great effect on the absorption ability of U(Ⅵ).The distribution coefficients of K+ 、Na+ 、Cl-、NO3-、SO42-can be changed with the change of ionic concentration,The surface adsorption of U(Ⅵ) on clay rock is dominated by inner-sphere complexation.The studies indicate the adsorption behavior of U(Ⅵ) on clay rock has a great significance on settling high level radioactive waste in China.%以内蒙古阿拉善粘土岩为研究对象,通过静态吸附实验,探讨接触时间、U(Ⅵ)初始浓度、固液比、pH值、离子类型以及离子浓度等因素对U(Ⅵ)吸附特征的影响.研究结果表明:粘土岩对U(Ⅵ)的吸附速率较快,24 h即可达到吸附平衡,最佳吸附固液比为1∶200,最佳吸附初始浓度为160 μg·mL-1;随着pH值的增大,粘土岩对U(Ⅵ)的吸附能力不断增强,pH为8时,吸附能力达到最大;溶液中Ca2+、CO;-和HCO3-对U(Ⅵ)吸附有很强的抑制作用,不利于U(Ⅵ)的吸附,K+、Na+、Cl-、NO3-、SO42-对U(Ⅵ)的吸附影响较弱,U(Ⅵ)在粘土岩表面吸附主要以内层络合作用为主.因此,开展粘土岩对U(Ⅵ)的吸附研究,对我国高放废物的处置工作开展起到了极其关键的作用.【总页数】7页(P815-821)【作者】赖捷;刘畅;冷阳春;成建峰;庹先国【作者单位】西南科技大学国防科技学院,绵阳621010;西南科技大学国防科技学院,绵阳621010;西南科技大学国防科技学院,绵阳621010;成都理工大学核技术与自动化工程学院,成都610059;四川理工学院化学与环境工程学院,自贡643000【正文语种】中文【中图分类】TL942.1【相关文献】1.用无机吸附剂由含碳酸的溶液中吸附铀的研究X.充填了高度分散吸附剂... [J], 韩庆平2.用无机吸附剂由含碳酸的溶液中吸附铀的研究IX充填了高分散吸附剂... [J], 韩庆平3.煤系粘土岩电化学改性的孔隙特征研究 [J], 李明明;黄蕾4.陕西省华阳川铀多金属矿床铀-铌-稀土矿化特征研究 [J], 何升;惠小朝;郭建5.浅谈内蒙古阿拉善左旗额里斯矿区粘土岩矿成矿环境及矿体特征研究 [J], 鲜红兵因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
铀的吸附材料研究进展
Ｔｈ ｅ Ｒｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ａｄｓ ｏ ｒ ｐｔ ｉ ｏ ｎ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｏ ｎ Ｕｒ ａ ｎｉ ｕｍ
Ｗｕ］ ｉ ａ ｎ ｂ ｏ
（ Ｅ ａ ｓ ｔ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｉ ｎ ｓ ｉ ｔ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ３ ３ ０ ０ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
解， 同时指出某些材料在铀吸附上的缺点。本文对今后的铀 吸附工作具有一定的指导意义 ， 进一步指 出铀的吸附材料研究工作 的 具体方向。
关键词 ： 铀； 吸附； 材料
中图分类号 ： Ｔ一１ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ８— ０ ２ １ Ｘ（ ２ ０ １ ５ ） ０ ６—０ ０ ５ ４— ０ ３
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｕ ｒ ａ ｎ ｉ ｕ ｍ ｉ ｎ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ａ ｃ ｅ ｔｍｎ ｒ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｔ ． Ｔ ｈ ｅ ｗｏ ｒ ｋ ｓ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｏ ｎ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｍａ ｄ ｅ ａ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｓ ｔ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ
・
５４ ・
铀在土壤中的吸附动力学
铀在土壤中的吸附动力学李爽;倪师军;张成江【期刊名称】《桂林理工大学学报》【年(卷),期】2007(027)001【摘要】研究了铀在某放射性废物处置预选场址土壤中的吸附性能.用动态法测定了铀在该土壤中的平衡吸附量,研究了水相pH值、流量、土壤粒度和铀溶液的初始质量浓度对土壤吸附铀的影响:水相pH值接近中性时,平衡吸附量较大;流量为60 mL/h时的平衡吸附量比90和120 mL/h时大;土壤粒度小的平衡吸附量较大;铀溶液的初始质量浓度越大,平衡吸附量越大.用常用的吸附动力学方程对实验数据进行了拟合,其中Elovich方程的拟合度最好.实验结果表明,该放射性废物处置预选场址土壤对铀的最大吸附率为54.75%,吸附性能较差.【总页数】4页(P49-52)【作者】李爽;倪师军;张成江【作者单位】成都理工大学,核技术与自动化工程学院,成都,610059;成都理工大学,核技术与自动化工程学院,成都,610059;成都理工大学,核技术与自动化工程学院,成都,610059【正文语种】中文【中图分类】X53;X591【相关文献】1.四环素在典型土壤中的吸附行为·吸附动力学·热力学特征 [J], 赵宁波;魏亮亮;宋旭刚;赵庆良2.铀在土壤中的吸附动力学 [J], 胡立;梁斌;周敏娟3.重金属离子在土壤中的竞争吸附动力学初步研究Ⅰ.竞争吸附动力学的竞争规律与竞争系数 [J], 刘继芳;曹翠华;蒋以超;李韵珠4.重金属离子在土壤中的竞争吸附动力学初步研究Ⅱ.铜与镉在褐土中竞争吸附动力学 [J], 刘继芳;曹翠华;蒋以超;李韵珠5.氨基修饰稻壳生物炭对水溶液中铀的吸附动力学特性 [J], 王淑娟;郭伟;史江红;王云楷;施胜利;张笑晴;张涛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
粘土吸附废水中铀的效能研究322
粘土吸附废水中铀的效能研究铀水冶过程中，产生了许多高中低放废物，这些铀废石量大且分布广，对周边环境构成严重的威胁，如污染周围地表水及地下水。
如何处理这种废物中的放射性核素，关系到人类健康和生态环境。
国内外通过研究某些吸附介质对核素的吸附来阻滞其向周围环境的迁移污染[1-3]。
但文献多集中在对高放废物的处置，对中低放废物的处置研究较少，本文针对我国南方某铀尾矿库退役治理的需要，利用粘土对模拟废水中的铀进行了实验研究。
1 材料与方法1.1实验设备AC211S型电子天平；PHS- 3Ｃ型精密ｐＨ计(上海精空科学有限公司)；DL-102型电热鼓风干燥箱；HZQ-C 空气浴振荡器。
1.2 吸附剂的处理粘土取自我国衡阳某铀尾矿库附近新鲜的红粘土。
将粘土样取回后，风干，再碾碎过筛（45目），置于烘箱中（102－105℃）烘干，储存于磨塞广口瓶中备用。
1.3 铀废水溶液配制用铀基准试剂（U3O8）配制成1mg/mL的铀标准溶液，实验中根据需要稀释到设计的浓度。
1.4 实验方法室温下(20±2℃)，取C0=20mｇ/Ｌ的铀溶液200mL，用稀HCl和NaOH调节pH值后，加入1ｇ处理过的粘土，振荡（振荡速度为180r/min）60min 后，再静置一段时间进行固液分离，取10mL上清液，分析铀含量。
1.5吸附量的计算ｑ=(C0-C e)×V/ｍ（1）式中，C0与C e分别为铀废水溶液初始浓度与平衡浓度(mg·L-1)；q为单位吸附量(mg·g-1)；V 为溶液的体积(mL)；m为粘土的质量(ｇ)2 实验结果与讨论2.1ｐＨ值对吸附量的影响ｐＨ值对铀的吸附量的影响见图1。
12340246810p Hq/（mg•g-1）图1 pH值对吸附量的影响由图1可知，随着pH值增加，粘土对铀的吸附量增加较快，pH在接近中性环境时，吸附效果最好，当pH值大于8时，吸附量又开始下降。
分析认为：在pH较低的情况下，铀是以UO22+的形式存在，UO22+与粘土中金属阳离子进行离子交换吸附，吸附的机理为[4]：R-H+M+=R-M+H+，由于溶液中大量存在的H+和H3O+会与金属阳离子产生竞争吸附，大量的H+占据了UO22+的吸附位，大大降低了UO22+与粘土的结合能力。
铀酰离子吸附在高岭土基面的分子动力学模拟
铀酰离子吸附在高岭土基面的分子动力学模拟刘晓宇;黎春;田文宇;陈涛;王路化;郑仲;朱建波;孙茂;刘春立【摘要】为研究铀酰离子在高岭土不同基面上的吸附,对含有0.01 mol·L-1碳酸铀酰液相和9×9×3个高岭土单胞的粘土固相的模拟盒子进行了分子动力学模拟.从模拟的截图中直观地观察到了铀酰离子的吸附位点,由径向分布函数得到了铀酰离子与水中氧原子的配位情况.利用原子密度剖面图讨论铀酰离子在两个基面上的吸附倾向,并从原子密度剖面图和均方位移等角度证实了铀酰离子在硅氧面上形成了外界配合物.从理论上证明了表面配合模型对于吸附位点所做简化的合理性.%We performed a molecular dynamics simulation to investigate the adsorption of uranyl ions onto the basal surfaces of kaolinite using a simulation cell containing 0.01 mol·L-1 uranyl carbonate and 9×9×3 kaolinite unit cells.The adsorption sites of the uranyl ions on kaolinite were clearly shown by serial snapshots and the coordination of uranyl ions to oxygen were determined using a radial distribution function.The adsorption trends of uranyl ions on two distinct basal surfaces were discussed using an atomic density profile.Outer-sphere complexation of uranyl on kaolinite was confirmed using the atomic density profile and the mean squared displacement.Confirmation of the outer-sphere complexation supports the theoretical simplification of the adsoption sites in the surface complexation model.【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2011(027)001【总页数】6页(P59-64)【关键词】分子动力学模拟;高岭土;铀酰离子;吸附【作者】刘晓宇;黎春;田文宇;陈涛;王路化;郑仲;朱建波;孙茂;刘春立【作者单位】北京大学化学与分子工程学院,应用化学研究所,北京分子科学国家实验室,北京,100871;北京大学化学与分子工程学院,应用化学研究所,北京分子科学国家实验室,北京,100871;北京大学化学与分子工程学院,应用化学研究所,北京分子科学国家实验室,北京,100871;北京大学化学与分子工程学院,应用化学研究所,北京分子科学国家实验室,北京,100871;北京大学化学与分子工程学院,应用化学研究所,北京分子科学国家实验室,北京,100871;北京大学化学与分子工程学院,应用化学研究所,北京分子科学国家实验室,北京,100871;北京大学化学与分子工程学院,应用化学研究所,北京分子科学国家实验室,北京,100871;北京大学化学与分子工程学院,应用化学研究所,北京分子科学国家实验室,北京,100871;北京大学化学与分子工程学院,应用化学研究所,北京分子科学国家实验室,北京,100871【正文语种】中文【中图分类】O641化学污染物和放射性污染物在环境中的吸附、扩散、迁移等行为与其所处的环境条件密切相关.这些污染物与土壤及矿物表面的相互作用,如吸附和形成沉淀等,显著影响了它们在环境中的扩散和迁移行为.粘土是自然界中普遍存在的天然矿物,其含量丰富,层间存在永久电荷,且有相对大的比表面积.因此,环境污染物,尤其是金属离子类环境污染物与粘土表面的吸附或交换作用一直是科研人员关注的焦点[1].高岭土是最常见的粘土矿物之一,化学组成为Al2Si2O5(OH)4,是由类似三水铝矿(gibbsite)结构的铝氧八面体层(下文简称铝氧层)和硅氧四面体层(下文简称硅氧层)构成的1:1层状结构矿物,二层之间由桥氧联接.铝氧层与硅氧层是高岭土晶体的两个表面,称为基面(basal plane).每个硅原子与其他三个硅原子通过桥氧相联,组成硅氧层.这种四面体硅氧结构的排列形成了六角孔洞.在铝氧层,每个铝原子和两个硅氧层的氧原子配位,并和邻近的铝原子分享四个羟基.这些羟基中,有三个朝向外部,形成铝氧层的羟基表面,另一个指向硅氧层的孔洞.这种1:1层状结构一直延伸到晶体的末端,在高岭土中,和基面相交的侧面称为端面(edge).端面处不再有原子的周期性重复排列,存在着悬空的硅、铝原子.这些原子为了保持电中性而与羟基结合,因此在端面上可以发生和pH条件有关的表面荷电反应(surface-charging reaction).同样,由于存在羟基,在铝氧层上也可发生表面荷电反应.如图1所示,高岭土晶体层与层之间的堆砌是靠水铝层的羟基与有着高电负性的硅氧面上的氧之间氢键作用而实现的[2].铀-235是重要的核材料.铀矿开采、浓缩、反应堆运行、乏燃料后处理等核燃料循环的每个环节都与之相关.在铀矿山的环境整治中,铀的污染治理是最为重要的研究课题.铀的最常见价态是U(VI).在偏酸性条件下,铀在水相中的主要存在形式是铀酰离子(UO22+)及其各种配合物.因此,研究各种介质(人工合成材料或天然矿物)与铀酰离子的相互作用具有普遍意义.目前有关铀酰离子在高岭土上的吸附研究,主要采用批式实验(batch experiment),利用表面配合模型(surface complexation model),结合适当的吸附模型或假设,研究pH值、离子强度、温度、CO2分压、各种配体等对吸附的影响[3-7].在大气环境及碱性条件下,铀酰离子与液相中的碳酸根可以形成碳酸铀酰配合物,这种配合作用可减弱铀酰在高岭土上的吸附[5].这些研究得到了大量的基础数据并总结和建立了相应的模型,除Rösch等[8]利用第一性原理进行过理论研究外,很少有研究者在理论上对实验结果及模型进行研究或解释.值得注意的是,近年来越来越多的批式实验结合了X射线吸收精细结构谱(X-ray absorptionfine-structure spectroscopy)以及时间分辨激光诱导荧光光谱(time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy),在分子尺度上研究了金属离子的吸附[9-10].在这些研究中,无论是批式实验,还是理论计算,其出发点都是基于表面配合模型.该模型的一个基本假设是,矿物表面的功能基团(或反应位点)在溶液中可以和离子发生配合反应[11].研究者普遍推测,高岭土存在着三类可能吸附铀酰离子的位点,分别位于2个基面和1个端面上.其中铝氧面和端面由于存在着容易结合/失去质子的羟基而比硅氧面更容易吸附阳离子[2].近来,越来越多的科研人员利用分子动力学模拟来研究吸附现象[12-15].与第一性原理计算相比,分子动力学模拟在计算速度和模拟尺度上均有明显优势,且如果选取的力场参数合适,还可以给出与前者计算精度相仿的结果.与传统的批式实验相比,动力学模拟可以提供直观的吸附信息,比如配位数、配位原子种类、吸附位点等.本文利用分子动力学模拟研究了碳酸铀酰溶液中铀酰离子在高岭土的两个不同面上的吸附. 本模拟研究所采用的力场参数有两个来源:高岭土以及水的力场参数取自Cygan等[16]采用的CLAYFF力场,而铀酰离子的参数则是由Guilbaud和Wipff[1719]提出的.模拟体系总势能(Etotal)由四项组成:原子间的库仑作用能(Ecoul),原子间的范德华作用能(Evdw),成键原子间的键伸缩能(Ebondstretch)和键角弯曲能(Eanglebend),如式(1)所示:CLAYFF已经成功应用于研究水合矿物体系(hydrated mineral systems)的结构、动力学性质以及粘土-溶液的界面现象[20-24].CLAYFF将分子间的相互作用精简为静电作用和范德华作用.在CLAYFF中存在分子内相互作用(键伸缩能、键弯曲能)的分子或基团很少,只有水、羟基和M-O-H三类(M代表粘土固相中的铝、铁、钙等),其中描述水以及羟基的模型是SPC水模型[25].铀酰离子和碳酸根离子的力场参数,首先是由Guilbaud和Wipff提出[17-19],后由Greathouse等[12-14]改进,曾成功地应用于模拟溶液中铀酰的配合物,包括碳酸根、硝酸根、磷酸根和磷酸三丁脂(TBP)等配体[14,18,2627].本文采用的高岭土晶体结构参数来源于Bish等[28]的中子衍射实验数据.每个单胞含有2个Al2Si2O5(OH)4,呈电中性;含有一个铝氧八面体层和一个硅氧四面体层,两层之间由桥氧相互联接.图2A为本文采用的模拟盒子(simulation cell)的示意图,由粘土固相和水相组成.模拟盒子中垂直粘土固相的方向为c轴,与粘土固相平行的面为ab平面.粘土固相由243个高岭土单胞(9×9×3在a、b、c轴向重复)组成,总共有8262个原子.液相含有11108个水分子.将2个铀酰离子和2个碳酸根离子加入模拟体系,这样体系中碳酸铀酰配合物的浓度约为0.01 mol·L-1.模拟盒子在NPT 系综(原子数恒定,压力0 Pa恒定,温度300 K恒定,a、b轴长度不变,c轴长度可变)弛豫之前,a、b轴长度分别为4.65、8.03 nm,c轴长度为11.51 nm.计算采取三维周期边界,因此高岭土的每个基面都可以充分接触到液相.使用的动力学模拟软件为LAMMPS(largescale atomic/molecular massively parallel simulator), 7 Jul 2009 version[29],模拟结果的显示采用Discovery Studio Visualizer(Accelrys,Inc.,San Diego, CA).系综为NPT,以及NVT系综(原子数、体积、温度300 K恒定),在LAMMPS中设定的恒压、恒温弛豫时间分别是500和100 fs.求解运动位置积分采用Verlet算法[30-31],步长1 fs.采用Ewald Summation法计算长程库仑力[32].截断半径(cut-off)设为1.0 nm.本文参考了Greathouse[12-13]和Vasconcelos[15]等的研究工作,因此系综的选择、弛豫时间的长短以及模拟时间长度、收集数据的有效性等问题已被验证过,这里不再对此进行讨论.模拟体系总共包含41600个原子.首先采用NPT系综弛豫500 ps,允许c轴长度变化以使体系弛豫,在这500 ps的驰豫时间内只保存原子坐标以供随后的模拟所需,并不收集其他的数据.随后采用NVT系综模拟1 ns,数据采集的频率是间隔2 ps,总共产生500个轨迹文件以供分析.此外,通过计算原子密度剖面图和径向分布函数研究了铀酰离子在高岭土基面上的吸附细节与配位情况.2.1 高岭土对于碳酸铀酰配合物的吸附模拟图2A所示为模拟体系的初始构象(NPT弛豫之前),图2B、C、D、E、F和G分别代表NVT模拟在0 ps(NPT弛豫完成时,NVT模拟起始时刻)、200 ps、400 ps、600 ps、800 ps和1 ns(NVT模拟完成时)时的截图(snapshot).通过这些截图可以看出在整个NVT模拟过程中,铀酰离子逐渐向硅氧层靠近,而碳酸根则逐渐向铝氧层靠近.Vasconcelos等[15]的MD模拟也证实高岭土的不同基面对阴阳离子有不同的选择性,这是因为当基面未发生表面荷电反应时,硅氧层中的氧原子比硅原子略微凸向面外,使硅氧层最外一层平面略带负电,因此优先吸附阳离子;铝氧层则带有少量正电荷,对阴离子有静电吸引.图3A为各模拟时刻铀酰离子在高岭土硅氧面上方的截图,视角为沿c轴方向.从中可以看出,铀酰离子主要位于硅氧六角孔洞上方. 光谱学研究和理论计算证实,水分子中的氧可以在铀酰离子的赤道面上(垂直于铀酰O-U-O轴并通过铀原子的平面)向U原子配位,形成五角双锥型配位多面体[8,33].我们的NVT模拟也得到这一结果.分析NVT模拟过程的轨迹文件,发现这种五角双锥配合物相当稳定,在整个模拟过程中都可以观察到,如图3B所示.而从径向分布函数图(图4)上,也证明了这一点.与晶体相比,原子在液相中不存在周期性排列,但是对于某些中心原子,在其周围存在比较固定的近邻配位原子,所以可以用径向分布函数来获得我们感兴趣的近邻信息.gij(r)表示在距i原子r到r+dr的壳层内找到j原子的概率与j原子在完全随机分布时被发现的概率之比值(在整个空间发现j原子的概率为1).当RDF图上出现一个峰,就代表中心原子i存在一个配位壳层,峰中心位置就是配位层距中心原子i的平均距离.峰面积则代表中心原子的配位数.图4是铀(RDF图中以U表示)对水中氧原子(以Ow表示)的径向分布图.从图4可以看出,在距铀原子0.2495 nm处存在一个尖峰,表明U―Ow键长为0.2495 nm.将该尖峰积分,得到铀的平均配位数为5.001.这意味着在模拟体系中,铀周围存在稳定的5个水化壳层.理论计算与谱学实验得到U―Ow平均键长分别为0.243-0.252 nm[8]和0.248 nm[33],这与我们的模拟计算结果相当吻合,表明我们采用的力场参数对于水合铀酰离子构象的描述是可行的.在原子密度剖面图中,ρi(z)为相对密度(relative density),表示在垂直于c轴方向某一平面(z坐标相同)找到特定原子i的概率.分析模拟过程中所有的轨迹文件,以Δz 为间隔,对原子在z轴上的数据进行统计,相当于计算在整个模拟过程中原子出现在厚度为Δz、面积为a×b的片层内的次数;将原子在每层中出现的次数除以同类原子的数目,即为原子出现的概率.图5为铀酰离子和碳酸根离子的概率分布图。
铀酰离子吸附在高岭土基面的分子动力学模拟
Ａ ｔ尸 ． Ｃ ｉ Ｓｎ， ０ １ ２ （）５ － ４ ｃ ａ 一 ｈｍ． ｉ．２ １， ７ １： ９ ６
５ ９
［ ｔ ｌ】 Ａｒ ｃｅ ｉ
Ⅵ， ｗ ｈ ｂ．ｋ ｅ ｕ．ｎ 、ｗ． ｘ ｐ ｕ．ｄ ｃ ＾
Ｌｌ Ｘｉｏ— Ｕ ａ Ｙｕ ＬＩＣｈｕｎ ＴＩ ＡＮ ｅｎ Ｙｕ Ｗ — ＺＨＵ ａｎ— Ｊｉ Ｂｏ ＣＨＥＮ Ｏ Ｔａ Ｖ ＡＮＧ ｕ— Ｖ Ｌ Ｈｕａ
ＺＨＥＮＧ Ｚｈｏｎ ｇ
ＳＵＮ Ｍａｏ
ＬＩ Ｃｈｕｎ Ｌｉ Ｕ —
（ｅ ｉ ａｉｎ ｌ ａ ｏａｏｙ ｏ ｌ ｕａ ｃ ｎｅ， ｐ ｒ ｎ Ａ ｐｉ ｈ ｍｓ ｙ Ｃ ｌｇ Ｃ ｅ ｓ ｎ ｌ ｕａ Ｂ ｉｎ Ｎ ｔ ａ ｂ ｒｔ ｆ ｒ ｅ ｌｒ ｉ ｃｓＤｅ ａｔ ｔｆ ｐ ｌｄＣ ｅ ｉｒ， ｏｌ ｅ ｆ ｈｍｉｒ ａ ｄＭｏｅ ｌｒ ｊｇ ｏ Ｌ ｒ Ｍｏ ｃ Ｓｅ ｍｅ ｏ ｅ ｔ ｅ ｏ ｔ ｙ ｃ
ｏ ｔ ｅ ｂ ｓ ｕ ａ ｅ ｆｋ ｏ ｉ ｉ ｓ ｎ ｉ ｕａ ｉ ｎ ｃ ｌｃ ｔ ｉ ｉｇ ０ ０１ ｍｏ Ｌ ｕ ａ ｙ ｃ ｒ ｏｎ ｔ ｎ ｎ ｏ ｔ ａ ａｌ ｒ ｃ ｓ ｏ ａ ｌ ｔ ｕ ｉ ｇ ａ ｓ ｍ ｌｔ ｅ Ｉ ｏｎ ａ ｎ ｎ ． ｈ ｓｆ ｎｅ ｏ Ｉ． ｒ ｎ ｌ ａ ｂ ａ ｅ ａ ｄ ９ｘ ９×３ ｋ ｏ ｉ ｉ ｎｔｃ ｌ ． ｈ ｄ ｏ ｐ ｉ ｉ ｓ ｏ ｈ ｒ ｎ ｌ ｏ ｓ ｏ ａ ｉ ｉ ｒ ｌａ ｌ ｈ ｗｎ ｂ ｅ ｉ ｌ ａ ｌ ｔ ｕ ｉ ｅｌ Ｔ ｅ ａ ｓ ｒ ｔ ｎｅ ｓ ｏｎ ｓｔ ｆｔ ｅ ｕ ａ ｙ ｎ ｎ ｋ ｏｌ ｔ ｗｅ ｅ ｃｅ ｒ ｓ ｏ ｙ ｓ ｒ ｅ ｉ ｎｅ ｙ ａ ｓ ａ ｓ ｏ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｒ ｉ ａ ｉ ｆ ｕ ａ ｙ ｉ ｓ ｔ ｏ ｙ ｅ ｎ ｐ ｈ ｔ ｎ ｈ ｃ ｏ ｄ ｎ ｔ ｏｎ ｏ ｒ ｎ ｌ ｏｎ ｏ ｘ ｇ ｎ ｗｅ ｅ ｄ ｔ ｒ ｉｅ ｕ ｉｇ ａ ａ ｉ Ｉｄ ｓ ｒ ｕ ｉ ｒ ｅ ｅ ｍ ｎ ｄ ｓｎ ｒ ｄ ａ ｉｔｉ ｔ ｂ ｏｎ ｆｎ ｔ ｎ ｕ ｃ ｉ ．Ｔｈ ｄ ｏ ｐ ｉ ｒ ｎ ｓ ｏ ｒ ｎ Ｉｉ ｓ ｏ ｗｏ ｄ ｓ ｉ ｃ ａ ａ Ｕ ｆ ｃ ｓ ｗｅ ｅ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｕ ｉｇ ａｎ ｏ ｅ ａ ｓ ｒｔ ｏｎ ｔｅ ｄ ｆ ｕ ａ ｙ ｏｎ ｎ ｔ ｉｔ ｔ ｂ ｓ ＩＳ ｒａ ｅ ｒ ｉｃ ｓ ｅ ｓ ｎ ｎ ａ ｏ ｃ ｄ ｎ ｉ ｒ ｆｅ． ｔ ｍｉ ｅ ｓｔ ｐ ｏ ｉ Ｏｕ ｅ — ｐ ｅ ｅ ｃ ｍ ｐ ｅ ａ ｉ ｆｕ ａ ｙ ｎ ｋ ｏ ｉ ｉ ｓ ｃ ｎ ｉ ｅ ｓ ｎ ｈ ｔ ｍ ｉ ｙ ｌ ｔ ｒｓ ｈ ｒ ｏ ｌｘ ｔ ｏｎ ｏ ｒ ｎ ｌ ａ ｌ ｔ ｗａ ｏ ｆ ｍ ｄ ｕ ｉｇ ｔ ｅ ａ ｏ ｃ ｏ ｎｅ ｒ ｄ ｎ ｉ ｐ ｏ ｌ ｄ ｈ ｍｅ ｎ ｑ ａ ｅ ｄ ｓ ｌｃ ｍｅｎ ． Ｃｏ ｆ ｍａ ｉ ｏ ｈ ｏｕ ｅ ． ｐ ｅ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ａ ｉ ｎ ｅ ｓｔ ｙ ｒ ｆｅ ａｎ ｔ ｅ ｉ ａ ｓ ｕ ｒ ｄ ｉ ｐａ ｅ ｔ ｎ ｒ ｔ ｉ ｏｎ ｆ ｔ ｅ ｔ ｒｓ ｈ ｒ ｏ ｌｘ ｔ ｏ ｓ ｐ ｏｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔ ａｌ ｉ ｐ ｉｃ ｔ ｎ ｏ ｅ ａ ｓ ｐ ｉ ｉ ｓ ｉ ｔ ｅ Ｓ ｒ ｃ ｏ ｐ ｅ ａ ｉ ｎ ｍｏ ｅ ． ｕ ｐ ｓｔ ｈ ｏ ｅ ｉ ｍ ｌｉａ ｉ ｆ ｈ ｄ ｏ ｔ ｈ ｃ ｓ ｆ ｏ ｔ ｏｎ ｓｔ ｈ Ｕ ｆ ｅ ｃ ｍ ｌｘ ｔ ｄ １ ｅ ｎ ａ ｏ
谷壳对铀_的吸附性能及机理研究_郑伟娜
近 几 年 来 ，一 些 廉 价 的 植 物 材 料 ，尤 其 是 农 业废弃生物材料已被直接用作废水中重金属离 子的吸附剂。 我 国 的 谷 壳 资 源 非 常 丰 富，谷 壳 主要由粗蛋白、粗纤维、木 质 素、几 丁 质 和 Ｃ、Ｓｉ 等化合物构 成［６］，在 理 论 上 用 作 吸 附 剂 具 有 可 行性。已有研究 表 ［７－８］ 明，谷壳对水中重 金 属 具 有较好的吸 附 能 力。 因 此，利 用 谷 壳 作 为 处 理 含铀 废 水 的 吸 附 剂，具 有 来 源 丰 富 和 廉 价 的 优 势，既可 降 低 含 铀 废 水 的 处 理 成 本，又 可 达 到 “以 废 治 废 ”的 目 的 ，优 美 了 环 境 ，这 一 生 物 资 源 的开发利用必然带给我们明显的经济和社会效 益。本课题将 系 统 研 究 采 用 农 业 废 弃 物 谷 壳 作 为 吸 附 剂 处 理 废 水 中 的 铀 ，旨 在 探 索 一 条 天然废弃物资源利用和放射性核素处理的新 技 术 方 法 ，为 工 业 处 理 含 铀 废 水 提 供 参 考 依 据和为将生物吸附技术推广到实际应用中打 下基础。
第５期 郑 伟 娜 等 ：谷 壳 对 铀 （Ⅵ ）的 吸 附 性 能 及 机 理 研 究
粘土矿物对铀的吸附作用研究进展
粘土矿物对铀的吸附作用研究进展陈阳;程宏飞;邓宇涛;林阳【摘要】Clay mineral adsorption uranium mainly exists in sandstone-type uranium deposits. By comparing ores which contain more clay mineral with ores which contain fewer or less, it is found that the ores which contain moreclay minerals have the higheruranium content. Theadsorption capacityof clay minerals of uranium is different. Through the study to the three minerals, it comes a conclusion that the adsorption capacity whichranked from more to less is montmorillonite, kaolinite and illite. Summarized the different influence factors on the influence of clay mineral adsorption uranium. The conclusion is that under thecondition of the enough adsorption time and the appropriate range of pH value, the temperature, the quantity of clay minerals and the initial concentration of uranium are proportional to theadsorption of clay mineral of uranium.%粘土矿物吸附铀主要存在于砂岩型铀矿床中，通过将含粘土矿物较多的矿石和不含或含少量粘土矿物的矿石作对比，发现含粘土矿物较多的矿石含铀量普遍较高。
铀酰离子吸附在高岭土基面的分子动力学模拟
铀酰离子吸附在高岭土基面的分子动力学模拟铀酰离子是一种放射性核素，其存在对环境和人类健康造成严重威胁。
高岭土作为一种有效的吸附剂，被广泛用于铀酰离子的去除。
为了深入了解铀酰离子在高岭土基面上的吸附机理，本文利用分子动力学模拟方法研究了铀酰离子在高岭土基面上的吸附情况。
首先，我们通过建立高岭土和铀酰离子的分子模型，对其进行了优化和参数化，并进行了模拟前的能量最小化。
接着，我们对高岭土基面进行了等温吸附模拟，观察了铀酰离子的吸附过程和吸附状态。
模拟结果表明，在高岭土基面上，铀酰离子可以与高岭土表面的羟基形成氢键，并通过静电作用和范德华力与高岭土基面相互作用。
此外，我们还发现，铀酰离子的吸附受到高岭土基面的孔隙和表面结构的影响，不同的高岭土结构对铀酰离子的吸附能力也不同。
综上所述，本文通过分子动力学模拟研究了铀酰离子在高岭土基面上的吸附机理，为高岭土在铀酰离子污染治理方面的应用提供了一定的理论支持。
- 1 -。
影响黏土矿物吸附铀的因素研究进展
第45卷第21期2017年11月广州化工Guangzhou Chemical IndustryVol.45No.21Nov. 2017影响黏土矿物吸附铀的因素研究进展+廖容\王新宇1,2,杨旅涵\程科1(1成都理工大学地球科学学院，四川成都610000;2地学核技术四川省重点实验室，四川成都610000)摘要：随着原子能事业、工矿业等的发展，由放射性核素铀引发的环境污染问题日趋严峻，粘土矿物吸附法被广泛运用 于处理低浓度铀放射性污染。
由于粘土矿物的自身特性、储量丰富等特点，使得其不仅为找矿提供依据，也是治理环境污染的优 选材料，尤其是作为经济、髙效的吸附材料。
但是影响粘土矿物吸附铀的因素错综复杂。
从粘土矿物特性、铀化学性质、铀赋存 形式等几方面阐述了表生环境中粘土矿物吸附铀的影响因素，以期为铀矿勘探、铀的提取提供理论支撑，也为处理放射性污染提 供依据。
关键词：粘土矿物；吸附铀；因素中图分类号：X591 文献标志码：A 文章编号：1001-9677(2017)21-0010-04 Research Progress on Factors Affecting Uranium Sorption of Clay Minerals *LIAO Rong'，WANG Xin-yu1，2，YANG Lv-han1，CHENG Ke1(1 College of Geoscience，Chengdu University of Technology，Sichuan Chengdu 610000;2 The Key Laboratory of Nuclear Technology of Sichuan Province，Sichuan Chengdu 610000，China)Abstract：With the development of uranium mining，metallurgy and nuclear industry，the pollution of radioactive nuclide uranium is more and more serious. Clay minerals adsorption method is widely used to deal with radioactive pollution of low concentration uranium. Because of its characteristics and abundant reserves，clay minerals can not only provide the basis for ore prospecting，but also be the preferred materials for environmental pollution control，especially as an economical and efficient adsorbent. The factors influencing the adsorption of uranium on clay minerals from the aspects of clay mineral characteristics，chemical properties and uranium occurrence were expounded. It could provide theoretical support and basis for the extraction of uranium exploration，extraction of uranium and the treatment of radioactive pollution.Key words：clay mineral; uranium adsorption；factor随着原子能事业的发展，一方面对经济价值髙的工业铀矿 物的寻找促使对铀矿勘探、开采、提取等技艺提出了新要求；另一方面铀矿水冶、元件加工、核电运行、核设施生产等过程 中产生了大量含铀废水、含铀放射性废物等毒害性污染物引起 动植物畸变、危害人类的生存发展，带来严重的生态、环境、社会问题。
吸附水体中铀的研究进展
层 面 负 电荷 等 特 殊 性 能 ， 在 处 理 含 铀 废 水 方 面 有 一 定
在当今全球发展低 碳环 保经 济 的背 景下 ， 是替代 化石
能源的最 佳选择。当今 在核能发 展的 同时产生 了大量 含铀 废水 ， 由于铀具有 放射 毒性 和重金属 毒性 ， 如果含
凸棒石 吸附铀 的影 响非常大 ， 添加 腐植酸 能提高 Ｕ Ｏ “ 在 凸凹棒石表 面的吸附 ； 在低 ｐ Ｈ值时吸附主要 是离子 交换 和表 面络合作用 ， 在高 ｐ Ｈ值时则主要是层 间配合 作用。
温吸附模型 ， 可 以用准 二级 吸 附速率模 型描述 。Ｗａ ｎ ｇ 等 用 Ｎ ａ Ｏ Ｈ改 性 的麦秸 作 为铀 的吸 附剂 ， 研 究发 现
等温吸附模 型 ， 可 以用 准二级 动力 学模 型描 述。Ｗａ ｎ ｇ 等 将高岭土经过焙 烧 和酸处 理进 行 改性 ， 改性 高岭 土对铀的吸附 平衡数 据符 合 Ｌ ａ ｎ ｇ ｍｕ ｉ ｒ 模型， 仍然 符合 准二级动力学模 型 ， 改性 后 较改 性前 吸 附量 有大 幅提
２ ． ２ 生物质类 从环保经 济的 角度 来讲 ， 相 比于其他类 吸 附 剂材 料， 生物质材料作为 吸附剂 具有原 料价廉 易得 、 处 理过
作用将废水 中的污 染物分 离 出来 ， 达 到净 化废 水 的 目
的， 吸附法的关 键在 于选 择合 适 的吸 附剂 。 目前 常见 的铀的吸 附剂 有 粘土矿 物 、 生 物质 材料 、 天 然 高分 子 、
高 。Ｚ ａ ｒ ｅ ｈ 等ｌ ３ 将 先后 经过 热处 理 和酸 处理 的膨前提 高 了 ５ ２ ％左 右 ， 最适 ｐ Ｈ值 为 ３ ． ０ ， １ ２ ０ ｍ ｉ ｎ左右 吸附趋 于平衡 ， 吸附量为 １ ． ２
高岭土对铀的吸附试验研究
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ｏ ｆ Ｕｒ ａ ｎ ｉ ｕ ｍ ｏ ｎ Ｋａ ｏ ｌ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ
ｇ ｏ ｏ ｄ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｕ ｒ ａ ｎ ｉ ｕ ｍ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｉ ｓ ｏ ｆ ９ ９ ． ６ ４ ～９ ９ ． ９ ４ ；ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｕ ｒ ａ ｎ ｉ ｕ ｍ ｏ ｎ ｋ ａ ｏ — ｌ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｉ ｓ ａ ｎ ｅ ｎ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｉ ｃ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ， ｉ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｉ ｓ ｎ ｏ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｕ ｒ ａ —
第２ １卷 第 １期
２ ０１ ４年
安 全 与 环 境 工 程
Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ａ ｎｄ Ｅｎ ｖ ｉ ｒ ｏｎ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
Hale Waihona Puke Ｖｏ １ ． ２ １ ＮＯ ． １ Ｊ ａ ｎ ． ２ ０１ ４
１月
高岭土对 铀 的吸附试 验研究
ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｔ ｔ ａ ｋ ｅ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ８ Ｏ ｈ ｏ ｕ ｒ ｓ ｔ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｑ ｕ ｉ ｌ ｉ ｂ ｒ ｉ ｕ ｍ； ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ Ｈ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｉ Ｓ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ４ ａ ｎ ｄ ８ ， ｋ ａ ｏ ｌ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｓ ｈ ｏ ｗｓ
谷壳对铀(Ⅵ)的吸附性能及机理研究
谷壳对铀(Ⅵ)的吸附性能及机理研究郑伟娜;夏良树;王晓;谭凯旋【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2011(045)005【摘要】通过静态吸附实验,研究了pH、吸附时间、铀初始质量浓度、吸附剂用量、谷壳粒径、温度等对谷壳吸附铀效果的影响,从热力学和动力学方面对吸附过程进行了分析,并通过红外光谱(IR)和扫描电镜(SEM)探讨了吸附机理.结果表明,单位质量谷壳对铀的吸附量随铀初始质量浓度的增大而增大,随谷壳用量的增大而减小,随温度的升高而增大;在pH =3,粒径为100～120目时吸附效果最好;吸附在60 min基本达到平衡.在25℃时,饱和吸附量qmax可达15.14 mg/g.谷壳对铀的吸附遵循Langmuir 等温线,符合准二级动力学方程.谷壳吸附铀前后的红外光谱表明,谷壳主要是由羟基、羰基、苯环及碳水化合物组成,通过络合或离子交换的方式吸附铀.【总页数】7页(P534-540)【作者】郑伟娜;夏良树;王晓;谭凯旋【作者单位】南华大学,化学化工学院,湖南,衡阳,421001;南华大学核资源与核燃料工程学院,湖南,衡阳,421001;南华大学,化学化工学院,湖南,衡阳,421001;南华大学核资源与核燃料工程学院,湖南,衡阳,421001【正文语种】中文【中图分类】O647.3【相关文献】1.固定化耐辐射奇球菌对铀的吸附性能及减量化研究∗ [J], 覃贻琳;董发勤;聂小琴;张伟;周娴;谢敬宜2.交联海藻酸钠固定化的腐殖酸多孔性薄膜对铀(Ⅵ)的吸附性能及机理 [J], 谢水波;段毅;刘迎九;王劲松;刘金香3.Zn-MOF-74对Cd(Ⅱ)的吸附性能及机理研究 [J], 吴成晨; 肖瑜; 吴川; 郑潇; 陈钊; 舒小华4.450°C下制备广玉兰落叶生物炭对亚甲基蓝吸附性能及机理的研究 [J], 韩子文;陈威;任宇亭;於航;张钊晟5.磁性镍基氮掺杂多壁碳纳米管对双酚A的吸附性能及机理研究 [J], 孔佳;王学东;刘婷婷;顾海东因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Li+在高岭土上的吸附行为研究
Li+在高岭土上的吸附行为研究赵静;李彦岗;赵仲鹤【摘要】在使用SEM分析高岭土结构的基础上,运用动态吸附法研究了吸附时间、吸附温度、高岭土添加量、Li+初始浓度对 Li+在高岭土上吸附行为的影响,并通过模拟计算探讨了吸附动力学和热力学.结果表明:Li+在高岭土上的平衡吸附量qe随着高岭土用量m的增大而减小;吸附时间为 30 min时,吸附量达到平衡;Li+在高岭土上的吸附行为符合准二级动力学模型;273,303,323 K三个温度下,随着 Li+浓度的增大,吸附量先增大后变化很小;在相同 Li+初始浓度下,吸附量随着温度的增加反而下降;Li+在高岭土上的吸附行为更符合 Langmuir等温吸附模型;热力学函数计算结果为ΔG0>0,ΔS0<0,ΔH0<0.%The adsorption thermodynamics and kinetics were discussed by simulation,after discussed the effect of adsorption time,temperature,adsorbent concentration and Li+initial concentration on the sorption of Li+on Kaolin using dynamic adsorption method,on the base of the analysis of kaolin struc-ture by SEM.The results indicate that the equilibrium adsorption of Li+on kaolin decrease with of the dosage of kaolinite increase.The adsorption capacity of Li+in kaolin is dynamic equilibrium at 30 min. The process of Li+adsorption onto kaolin conforms to the quasi-second-order kinetics model.As the concentrationof Li+increase,the adsorption capacity increase first and then the change is very small at the temperatures of 273 K,303 K and 323 K.The adsorption quantity decrease with the increase of tem-perature in the same initial concentration of Li+.The behavior of Li+adsorption onto kaolin is moreconsistent with the Langmuir isothermal adsorption model.The calculated results of the thermodynamic functions are ΔG0>0,ΔS0<0,ΔH0<0.【期刊名称】《中北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(039)004【总页数】6页(P445-449,473)【关键词】高岭土;锂离子;吸附;动力学;热力学【作者】赵静;李彦岗;赵仲鹤【作者单位】山西职业技术学院材料工程系,山西太原 030006;山西职业技术学院材料工程系,山西太原 030006;中国日用化学工业研究院,山西太原 030001【正文语种】中文【中图分类】O64盐湖生产钾肥的过程中，成分以高岭土为主的矿泥[1]是造成锂离子等有价元素在氯化钾提取过程中流失的主要因素，因此，研究Li+在高岭土上的吸附行为对提高盐湖卤水提锂的实际生产具有一定的指导意义. 高岭土是天然环境中普遍存在的一种黏土矿物，目前，金属离子如Th(Ⅳ)，U(Ⅵ)，Cd(Ⅱ)，Cu(Ⅱ)，Ni(Ⅱ)，Pb(Ⅱ)，Zn(Ⅱ)，Ca(Ⅱ)等在高岭土上吸附行为的研究较多[2-5]，而关于Li+在高岭土上的吸附行为却鲜有报道. 李霞[6]等人研究了酸改高岭土吸附盐湖卤水中锂的最佳高岭土用量、 pH、吸附温度和吸附时间，发现高岭土应用于卤水提锂的效果良好. 因此，本文在分析了高岭土结构的基础上，研究吸附时间、吸附温度、高岭土添加量、锂离子初始浓度对Li+在高岭土上吸附行为的影响，并分析吸附动力学和热力学，以期减少氯化钾生产过程中高岭土对锂的吸附.1 材料和方法1.1 化学试剂无水氯化锂(LiCl)，分析纯；高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)，分析纯.1.2 实验仪器SHB-III型循环水式多用真空泵，上海华岩仪器设备有限公司； BSA124S-CW电子分析天平，赛多利斯公司； WG/H-71B 鼓风恒温两用干燥箱，成都一科仪器设备有限公司； HJ-M6磁力搅拌恒温水浴锅，金坛市城西春兰实验仪器厂； AZEEnit 700P原子吸收光谱仪，德国耶拿分析仪器股份公司； SU8010冷场发射扫描电子显微镜，日本Hitachi.1.3 Li+含量的测定1.3.1 标准锂离子浓度(g·L-1)～吸光度曲线配制一系列不同浓度的含锂离子水溶液 100 mL，使锂离子浓度为0.10～10 mg/L，用原子吸收光谱仪在482 nm的波长下测定锂离子溶液的吸光度，做出标准Li+浓度(mg·L-1)～吸光度曲线，如图 1 所示.图 1 标准锂离子浓度(g·L-1)～吸光度曲线Fig.1Standard lithium ion concentration(g·L-1)～absorbance curve1.3.2 溶液中Li+浓度的测定将待测定的Li+溶液用去离子水稀释10倍后，用原子吸收光谱仪测定其中Li+的吸光度，根据标准曲线的拟合y=-0.0134x2+0.274 8x，（1)可计算出溶液中Li+的浓度. 吸附量的计算(2)平衡吸附量的计算(3)式中： qt为t时刻时每克高岭土吸附Li+(以mg计)的量，单位mg/g； qe为吸附达到平衡时的吸附量，即平衡吸附量，单位mg/g； c0为溶液中Li+的初始浓度，单位mg/L； ce为溶液中Li+的平衡浓度，单位mg/L； ct为t时刻时溶液中Li+的浓度，单位mg/L； V为溶液的体积，单位L； m为高岭土添加的量，单位g/L.1.4 Li+在高岭土上的吸附实验用去离子水配制一定Li+浓度的LiCl溶液，置于锥形瓶中，加入一定量的高岭土，在指定的恒温下，以200 r/min匀速搅拌，使高岭土在一定时间内吸附溶液中的Li+. 吸附完成后，将混合液常压分离，用原子吸收光谱仪测量溶液中Li+的吸光度，根据式(1)～式(3)计算qt, qe.2 实验结果及讨论2.1 高岭土的SEM表征用扫描电子显微镜(SEM)分析高岭土的微观结构，结果如图 2 所示. 从图2中可以观察到，高岭土的结构比较粗大，为不规则的层片状集合，有比较大的间隙. 图 2 高岭土的SEM表征图Fig.2 SEM representation of kaolin2.2 高岭土添加量对Li+在高岭土上吸附的影响取6份Li+浓度为8.186 mg/L的LiCl溶液250 mL，分别加入0.250, 0.500, 0.750, 1.000, 1.250, 1.500 g的高岭土，使高岭土的添加量分别为1, 2, 3, 4, 5, 6 g/L. 293 K下恒温搅拌 30 min 后，测定Li+在高岭土上的吸附量qt，结果如图 3 所示.图 3 高岭土添加量对Li+在高岭土上吸附的影响Fig.3Effect of the addition of kaolin on Li+ adsorption onto kaolin由图 3 可知，当高岭土添加量m由1 g/L增大至3 g/L时， Li+在高岭土上的吸附量qt由 2.795 mg/g 降低至0.593 mg/g；当m由4 mg/L增大至6 mg/g 时， qt由0.295 mg/g降低至0.217 mg/g，降低量很小. 这可能是由于高岭土浓度越大，越容易发生团聚，接触Li+的表面积减小，从而使qt降低[7]. 分配系数K(无单位)在一定程度上代表吸附剂吸附能力的大小，从图 3 可知，吸附剂高岭土用量m的增大，使得高岭土对Li+的吸附能力降低[8].2.3 接触时间对Li+在高岭土上吸附的影响取8份Li+浓度为8.186 mg/L的LiCl溶液250 mL，加入1 g高岭土，在恒定温度293 K下，分别测定吸附时间为10, 20, 30, 40, 50, 60, 90, 120 min时， Li+在高岭土上的吸附量qt，结果如图 4 所示.由图 4 可知，吸附时间t为10 min时， qt达到0.714 mg/g，为过饱和状态；当t由10 min增大至30 min时， qt降低至0.599 mg/g，说明此时间段内发生解吸；当t由30 min增大至120 min时， qt在很小的范围内上下波动. 由于吸附行为是一个动态平衡过程，所以本研究认为吸附时间为 30 min 时， Li+在高岭土上的吸附达到平衡.图 4 吸附时间对Li+在高岭土上吸附的影响Fig.4Effect of contact time on Li+ adsorption onto kaolin2.4 Li+在高岭土上的吸附动力学模型Li+在高岭土上的吸附可采用准一级和准二级动力学模型来描述[9]，以动力学理论为基础来讨论Li+在高岭土上的吸附行为.准一级动力学线性模型ln(qe-qt)-lnqe-k1t.（4)准二级动力学线性模型(5)式中： k1为准一级动力学的吸附速率常数，单位h-1； k2为准二级动力学的吸附速率常数，单位g/(mg·h).图 5 Li+在高岭土上吸附的准一级动力学和准二级动力学Fig.5 The quasi-first-order kinetics and quasi-second-order kinetics of Li+ adsorption onto kaolin从图 5拟合结果可知，准二级动力学方程比准一级动力学方程能更好地描述Li+在高岭土上的吸附行为. 根据模拟直线可得：平衡吸附量qe=0.5954 mg/g，准二级动力学的吸附速率常数k2=7.8912 g/(mg·h)，相关系数R2=99.47%. 这说明该吸附过程中层片状的高岭土表面均匀，为单分子层吸附，可利用Li+在高岭土上的化学反应作为吸附控制步骤[10].2.5 Li+初始浓度对Li+在高岭土上吸附的影响分别配制Li+浓度为1.672, 3.270, 5.271, 6.550, 8.186, 11.618, 16.65 mg/L的LiCl溶液250 mL各3份，置于500 mL的烧杯中，各加入 1 g 高岭土，分别在293, 303, 323 K的恒温下搅拌吸附30 min后，测定Li+在高岭土上的qt，结果如图 6 所示.图 6 初始浓度对Li+在高岭土上吸附的影响Fig.6Effect of initial concentration on Li+ adsorption onto kaolin从图 6 中可知，在293, 303, 323 K三个温度下，当c0由1.672 mg/L增大至6.550 mg/L时， Li+在高岭土上的qt都随着c0的增大而增大，当c0由8.186 mg/L增大至16.65 mg/L时， qt变化很小，达到吸附平衡状态. 这是因为随着初始浓度的增加， Li+对高岭土吸附位点的竞争增强，吸附量增大直至吸附饱和，即达到吸附平衡. 在c0相同时， Li+在高岭土上吸附的qt随着温度的增加反而下降，可推导出高温不利于Li+在高岭土上的吸附行为.2.6 Li+在高岭土上吸附的等温吸附线用吸附等温线可以判断Li+在高岭土上吸附的本质. 本文采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型来进一步研究Li+在高岭土上的吸附行为[11-13]. Langmuir等温吸附方程：其中， qm为吸附剂表面单层对吸附质的最大饱和吸附量，单位mg/g； KL为Langmuir等温吸附方程常数, 单位L/mol. Freundlich等温吸附方程： ln qe=ln k+ln Ce. 其中, k为吸附剂吸附能力的量度， n为吸附强度的量度.从图 7 可知， Li+在高岭土上的吸附行为用Freundlich等温吸附方程线性拟合较差， R2值均在0.9以下，而Langmuir等温吸附方程线性拟合较好， R2均达到0.98以上. 从图7(a)可知，随着温度的升高，吸附等温线的高度不断升高，即 ce/qe 值增大，进而可推测出高温不利于吸附反应的进行；三个温度下， ce/qe值均随ce的增大而增大，说明Li+在固相中的分布增速没有液相中快[14].图 7 Li+在高岭土上吸附的等温吸附线Fig.7Isothermal adsorption line of Li+ adsorption onto kaolin为了进一步了解Li+在高岭土上吸附的热力学性质，需要确定其焓变ΔH0，熵变ΔS0， Gibbs自由能ΔG0等热力学参数. Li+在高岭土上吸附的热力学函数由式(6)和(7)计算[14].ΔG0=-RTln K, ΔG0=ΔH0-TΔS0,（6)（7)式中： R为理想气体常数； T为吸附反应温度. 计算结果如表 1 所示.表 1 Li+在高岭土上吸附的热力学参数Tab.1Thermodynamic parameter of Li+ adsorption onto kaolin温度T/KΔG0/(kJ·mol-1)ΔS0/(J·mol-1·K-1)ΔH0/(kJ·mol-1)2933.7093034.0853235.134-48.035-10.366-10.470-10.381由表 1 中数据可以看出，在293, 303, 323 K三个温度下， Li+在高岭土上吸附的ΔG0均为正值，可推测出此反应条件下吸附不是自发进行的；ΔS0小于零，说明此反应为熵减反应；ΔH0值均小于零，说明该吸附反应均为放热反应[15-16]，与吸附等温模型拟合结果一致.3 结论1) Li+在高岭土上吸附的吸附量随着高岭土用量的增大而降低，当高岭土用量增大到一定程度时，吸附量下降幅度变小.2) 吸附时间为30 min时， Li+在高岭土上的吸附量达到平衡. 用准一级和准二级动力学模型模拟后发现， Li+在高岭土上的吸附行为符合准二级动力学模型，以Li+在高岭土上的化学反应为吸附控制步骤.3) 在273, 303, 323 K三个温度下，当Li+浓度增大时， Li+在高岭土上的qt先增大，然后变化很小；在相同Li+初始浓度下， Li+在高岭土上的qt随着温度的增加反而下降. 用Freundlich和Langmuir等温吸附模型拟合后发现， Li+在高岭土上的吸附行为更符合Langmuir等温吸附模型. 热力学函数计算结果可推测出， Li+在高岭土上的吸附行为不是自发进行的，且均为放热反应.参考文献：【相关文献】[1] 程芳琴，赵仲鹤，马金元，等. 含泥钾矿浮选分离技术研究[J]. 环境工程学报， 2011， 5(3)： 703-708.Cheng Fangqin， Zhao Zhonghe， Ma Jinyuan， et al. Study on slime-containing potash ores flotation separate technic[J]. Chinese Journal of Enviromental Engi neering， 2011， 5(3)： 703-708. (in Chinese)[2] 王晓丽，李士成，黄召亚，等. Th(Ⅳ)在高岭土上的吸附行为研究[J]. 化学研究与应用， 2016， 28(5)： 738-742.Wang Xiaoli， Li ShiCheng， Huang Zhaoya， et al. The research of Th (Ⅳ) on kaolin adso rption behavior. Chemical Research and Application， 2016， 28(5)： 738-742. (in Chinese) [3] Bruno C， Javier A， Manuel A， et al. Adsorption of uranyl ions on kaolinite， montm orillonte， humic acid and composite clay material[J]. Applied Clay Science, 2013(85)： 53 -63.[4] Gu X Y， Les J E. Surface complexation modeling of Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)adsorption onto kaolinite[J]. Geochimica Et Cosmochimica Acta， 2008， 72(2)： 2 67-276.[5] 胡志勇，何少华，尹萌，等. 高岭土吸附废水中的重金属[J]. 矿业工程， 2007， 5(3)： 60-62.Hu Zhiyong， He Shaohua， Yin Meng， et al. The heavy metals in wastewater adsorpted by kaolin[J]. Mining Engineering， 2007， 5(3)： 60-62. (in Chinese)[6] 李霞，邓昭平，李晶. 高岭土在盐湖卤水提锂中的应用[J]. 化工进展， 2017， 36(6)： 2057-2063.Li Xia, Deng Zhaoping, Li Jing. Extraction of lithium from salt lake brine with kaolinite[J]. C hemical Industry and Engineering Progress, 2017， 36(6)： 2057-2063. (in Chinese)[7] 黄晓晨，许旭萍，林玉满，等. 高岭土对Fe2+的吸附及其对高岭土中Fe3+生物还原的影响研究[J]. 微生物学杂志， 2010， 30(5)： 43-49.Huang Xiaochen， Xu Xuping， Lin Yuman， et al. Effect of kaolin on Fe2+ and its effect on Fe3+ bioreduction in kaolin[J]. Journal of Microbiology， 2010， 30(5)： 43-49. (in Chinese)[8] Zhang H， Chen L， Zhang L P， et al. Impact of environmental condition on the adsor ption behaviorof radionuclide Ni(Ⅱ) onto hematite[J]. Joural of Radioanalytical and Nucle ar Chemistry， 2011(287)： 357-365.[9] 宋文玉，降青梅，刘亚东，等. 铬(Ⅲ)离子催化铈(Ⅳ)离子氧化异丁醇的反应动力学及机理[J]. 河北大学学报(自然科学版)， 2004， 24(6)： 594-599.Song Wenyu， Jiang Qingmei， Liu Yadong， et al. The reaction kinetics and mechanism of Chromium (Ⅲ) ion catalytic cerium ion oxidation isobutanol (Ⅳ)[J]. Journal of Hebei Uni versity (Natural Science Edition)， 2004, 26(6)： 594-599. (in Chinese)[10] Ho Y S. Reciew of second-order models for adsorption systems[J]. Journal of Hazardous Materials， 2006， 136(3)： 681-689.[11] Gao B J， Gao Y C， Li Y B. Preparation and chelation adsorption property of composi te chelating material poly(amidoxime)/SiO2 toward heavy metal ions[J]. Chemical Enginee ring Journal， 2010， 158(3)： 542-549.[12] Juang R S， Wu F C， Taeng R L. Solute adsorption and enzyme immobilization on ch itosan beads prepared from shrimp shell wastes[J]. Bioresource Technology， 2001， 80(3 )： 187-193.[13] Wu F C， Tseng R L， Hu C C. Comparisons of pore properties and adsorption perfor mance of KOH-activated and steam-activated carbons[J]. Microporous and Mesoporous Materials， 2005， 80(1)： 95-106. [14] 梁诗敏，于涛. 铀在高岭土上的吸附动力学及热力学研究[J]. 河北大学学报， 2016， 36(6)： 596-603.Liang Shimin， Yu Tao. Adsorption kinetics and thermodynamic of Au to kaolin[J]. Journal of Hebei University， 2016， 36(6)： 596-603. (in Chinese)[15] Xie Z F， He X C， Xia J H. Adsorption thermodynamic and dynamic of polyamide to picric acid[J]. Chem Res， 2003， 12(4)： 53-56.[16] Sheng G D， Li J X， Hu J， et al. Adsorption of copper (Ⅱ) on multiwalled carbon na notubes in the absence and presence of humic or fulvic acids[J]. Journal of Hazardous Mat erials， 2010， 178(1-3)： 333-340.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
铀在高岭土上的吸附动力学及热力学研究梁诗敏;于涛【摘要】采用静态法研究了铀(U(Ⅵ))在高岭土上的吸附特性,探讨了pH、离子强度、接触时间、温度、腐殖酸等对U(Ⅵ)在高岭土上吸附的影响.以宏观吸附实验为基础,对高岭土进行X线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征,并讨论了铀(U(Ⅵ))在高岭土上的吸附动力学及热力学行为.结果说明,准二级动力学模型可以用来描述铀在高岭土上的吸附.通过对溶液pH值和离子强度因素的研究,溶液pH值对铀的吸附影响比离子强度对铀的吸附影响更大.在较低pH值下,腐殖酸对吸附有加强的作用;在较高pH值下,腐殖酸对吸附有抑制作用.Freundlich模型可较好地描述高岭土对U(Ⅵ)的吸附过程.高岭土对U(Ⅵ)的吸附为自发且吸热的过程,主要是表面单分子层吸附.【期刊名称】《河北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(036)006【总页数】8页(P596-603)【关键词】高岭土;铀;吸附;动力学;热力学【作者】梁诗敏;于涛【作者单位】东华理工大学省部共建核资源与环境国家重点实验室培育基地,江西南昌 330013;东华理工大学核科学与工程学院,江西南昌 330013;东华理工大学省部共建核资源与环境国家重点实验室培育基地,江西南昌 330013;东华理工大学核科学与工程学院,江西南昌 330013【正文语种】中文【中图分类】O64放射性废物是由于核技术的开发和利用所带来的[1]，核技术的发展在给人类带来了巨大经济效益的同时，也带来了危害.铀矿采冶、核武器生产等核燃料循环表明了科技的进步，但他们产生的放射性废物进入环境中，潜在地危害了人类的健康，如何来处理这些问题成为了全球性难题[2].含铀废水的直接排放会造成土壤和水的污染，对人体健康也会造成影响.因而，污水在排入水体前应进行有效的处理[3].在废水处理中，吸附法[4]是一种经过实践证明了的有效的方法，铀的去除率高，操作简便.而自然界土壤中的黏土矿物是一种很好的吸附材质，它可以将放射性核素长期滞留在一定区域内[5].作为重要的黏土矿物，高岭土是红壤、膨润土的组成成分之一，有相对简单的晶体结构，且具有较好的理化性质.本文着重对U(Ⅵ)在高岭土上的吸附行为进行研究，讨论吸附动力学和吸附热力学，并探讨U(Ⅵ)在高岭土上的吸附机理.微量铀分析仪(杭州大吉光电仪器有限公司)；数控超声波清洗器(KQ-100DE，昆山市超声仪器有限公司)；X线衍射仪(D/max-400，日本日立公司)；低速离心机(80-2型，上海安亭科学仪器厂).铀标准溶液，质量浓度为1 000 ng/mL；高岭土悬浮液，质量浓度为1 g/L；腐殖酸溶液，质量浓度为1 g/L；NaCl溶液，1 mol/L；LiCl溶液，1 mol/L；KCl溶液，1 mol/L，CaCl2溶液，1 mol/L；实验过程中所有溶液配置均采用超纯水. U(Ⅵ)在高岭土上的吸附实验按照实验要求分别在4个温度下进行.在某一温度下，首先分别取2 mL的高岭土悬浮液及0.5 mL的铀标准溶液置于一定数量的250mL锥形瓶，根据不同的实验条件，再分别加入一定量的HA、LiCl、NaCl、KCl或CaCl2溶液，定容至50 mL，恒温振荡一定时间.U(Ⅵ)的吸附达到平衡后，移取15 mL溶液于离心管中，在一定速度下离心10 min，再取上清液5 mL，以微量铀分析仪分析U(Ⅵ)的含量，计算U(Ⅵ)在高岭土上的吸附百分数，进而求出U(Ⅵ)的吸附量.用下面的(1)式来计算U(Ⅵ)在高岭土上的吸附百分数[6]结晶较好的高岭土通常呈六边形层片状结构 [8].从图1可以看出，该高岭土颗粒的形貌主要为六边形层片状结构，不同结构的粒径不同，通常为0.1～1 μm.颗粒的表面凹凸不平，有较多突起及沟壑，颗粒周围紧密伴生着其他细粒矿物.XRD测试在D/max-400型X线衍射仪上进行.图2为高岭土的X线衍射分析图.由图2可以看出，样品中的主要矿物成分为高岭土，此外，样品中还含有一定量的石英.pH是影响U(Ⅵ)在高岭土上吸附的重要因素.以固体悬浮液的pH值为横坐标，以铀在高岭土上的吸附率为纵坐标作图，固体悬浊液中U(Ⅵ)的质量浓度([U(Ⅵ)]=1 000 ng/mL)在不同离子强度(2、5 mL的NaCl)上的吸附实验结果见图3.离子强度为0、2、5 mL的NaCl对U(Ⅵ)在高岭土上吸附的影响见图3.pH2～7内高岭土吸附U(Ⅵ)的吸附率骤然上升，在pH>7时，吸附率随着pH值的升高而减小.从图3可以看出U(Ⅵ)在高岭土上吸附对离子强度的变化不敏感，由此可以假定，U(Ⅵ)在高岭土上的吸附过程中产生了配位化合物.比较图3中U(Ⅵ)在高岭土上的吸附率随悬浮液pH的变化趋势，当悬浮液pH值在2～7时，吸附率随之增加；高岭土对U(Ⅵ)的吸附在pH 7～12时降低.溶液中的铀的形态随着pH的变化而变化，初始溶液中的铀以形式存在，随着悬浮液中pH的变化，溶液中的铀发生水解.当悬浊液pH值较低时，溶液中的铀酰离子不易与高岭土的吸附位点结合，故导致高岭土对铀吸附效率较低；随着pH值升高，铀的水解产物的产生促进了铀与高岭土表面吸附位点的结合.pH>7时吸附率下降可能是由于高pH下铀的物种构成发生改变引起的.不同离子对U(Ⅵ)在高岭土上的吸附行为影响见图4.由图4可见，在相同浓度的条件下，LiCl与KCl随着pH的增加其吸附率接近，LiCl、KCl与NaCl这3个一价阳离子的变化趋势基本一致，而CaCl2随pH的增加变化波动较大.实验结果表明，离子强度对U(Ⅵ)在高岭土上的吸附的影响基本相同.Ca2+的影响波动较大，主要原因可能是Ca2+与反应过程中加入的荧光增强剂发生反应.腐殖酸对放射性核素的吸附行为会有很大的影响.本实验用不同浓度的腐殖酸(VHA=0，0.5,1 mL)来研究高岭土对铀的吸附影响.图5为不同浓度的腐殖酸(HA)对铀在高岭土上的吸附的影响.通过图5可以得到，在不同腐殖酸存在的情况下，吸附效率与无腐殖酸时相比得到明显的增强，1 mL的腐殖酸比0.5 mL的腐殖酸稍微加强.在pH 2～5内，在腐殖酸存在的情况下，悬浮液的pH值越高，高岭土对铀的吸附效率增强；在pH>10时，随着悬浮液的pH的上升，腐殖酸对铀的吸附作用的影响减弱；在5<pH<10时，吸附率基本达到稳定.这是由于吸附过程中产生得铀-腐殖酸络合物导致的.在悬浮液pH值较低，腐殖酸浓度较高，高岭土表面HA、铀结合，形成高岭土-腐殖酸-铀的络合物，因而络合物能提高高岭土对铀的吸附能力.随着pH值上升，会有铀-腐殖酸络合物的形成，从而导致这个影响变弱，相对的高岭土对铀的吸附作用也会减弱[9].U(Ⅵ)在高岭土上的吸附动力学过程可以采用准一级动力学及准二级动力学方程来进行描述[10]，以动力学理论为基础来探讨铀的吸附反应过程.U(Ⅵ)在高岭土上吸附的准一级动力学线性模型U(Ⅵ)在高岭土上吸附的准二级动力学线性模型此处，qt(mg/g)是在相应时间t时铀在高岭土上的吸附量，qe(mg/g)是吸附反应后的平衡吸附量.k1 (h-1)是准一级动力学的吸附速率常数.k2 (g/(mg·h))是准二级动力学的吸附速率常数.平衡时间对铀在高岭土上的吸附行为影响见图6.由图6a可以得到，高岭土对U(Ⅵ)的吸附在10 h左右可达到平衡状态，吸附率在10 h之后基本趋于稳定. qe、k1、k2 由准一级和准二级动力学模型的拟合直线计算得来的：以ln(qe-qt)对t作图，通过对直线斜率和截距的计算，通过图6b，可求得k1和qe.计算结果如下：T=293.15 K，R2=0.977，qe=0.012 mg/g，k1=0.109 6 h-1.以t/qt对t 作图，通过图6c可求得k2 及qe的值.计算结果如下：T=293.15 K，R2=0.988，qe=0.081 mg/g,k2=15.625 g/(mg·h).通过对实验结果进行分析，所得到的动力学实验数据结果比较符合准二级动力学模型，这可以说明准二级动力学方程比准一级动力学方程更好地描述铀在高岭土上的吸附过程.这是因为准二级动力学模型不仅考虑了外部扩散、表面吸附的问题，而且考虑了它的内部扩散作用，吸附反应是一个复杂、综合的过程.高岭土对铀的吸附动力学模型还可用韦伯-莫里斯内扩散模型来描述，韦伯-莫里斯内扩散模型常用来分析反应中的控制步骤，方程式可用式(6)表示[11-12]：高岭土的吸附过程分为吸附剂的表面吸附和粒子的内部扩散过程2个吸附过程，从图7可以得到，韦伯-莫里斯内扩散模型所得到的2段曲线线性拟合情况较好,说明高岭土的主要吸附过程为粒子的内部扩散过程.但韦伯-莫里斯内扩散模型拟合得到的直线都没有经过原点，说明内扩散过程不是控制高岭土吸附过程的唯一步骤，高岭土对铀的吸附过程比较复杂，表面吸附扩散过程不可忽略.用吸附等温线可以来判断高岭土吸附铀现象的本质.本文采用Langmuir等温吸附方程和Freundlich等温吸附方程来进一步研究高岭土对铀的吸附过程,等温吸附方程如下[13]：Langmuir等温吸附方程图8为不同温度下，U(Ⅵ)在高岭土上的Langmuir吸附等温线.由图8可见，随着温度的升高，吸附等温线的高度不断降低，ceq/cs的值变小，进而可以说明高温有利于吸附反应的进行.当温度为323.15 K时，随ceq增大，ceq/cs的值增大，表明U(Ⅵ)在固相中的分布增速没有液相中那么快，因此ceq/cs的值会出现增大的趋势.由式5和图8可得出Langmuir等温吸附方程的相关参数，其计算结果如表2所示.由图9可见，4个温度下的Freundlich等温线依温度高低作上下分布，323.15 K 时等温线位置最高，293.15 K时位置最低.由图9可见，温度越高，越有利于吸附反应进行.同时，随温度升高，各温度下的kd分别为5.66、25.81、474.24和4 984.25 L/g.可见，kd的值总体上随温度的升高而增大，这也说明高温有利于吸附反应的进行.U(Ⅵ)在高岭土上吸附的热力学函数由下式计算[14]：由表3计算结果可知，吸附热力学函数的ΔH0大于零，ΔG0小于零，说明铀在高岭土上的吸附行为是一个自发的且吸热得过程.ΔG0的绝对值随着温度的升高而逐渐变大，由此可知温度可以促进高岭土对铀的吸附反应的进行.由图8、9和表2、3可见，Freundlich等温吸附方程更好地拟合了实验数据，相关系数都达到0.9以上；Freundlich模型能够更好地对铀在高岭土上的吸附过程进行描述.本文通过静态法研究了不同条件下U(Ⅵ)在高岭土上的吸附行为特性，初步得到了以下结论：1) pH对U(Ⅵ)在高岭土上的吸附行为有很大的影响，高岭土吸附U(Ⅵ)的吸附率自pH2～7迅速上升，吸附率在pH>7时随着pH值的升高而降低，U(Ⅵ)的最大吸附量为悬浊液pH=7时对应的值.2) 离子强度对U(Ⅵ)在高岭土上吸附的影响不是很大.说明铀在高岭土的吸附过程中产生了配位化合物.不同离子对高岭土上的吸附过程影响大致相同.3) 在pH 2～5内，在腐殖酸存在的情况下，悬浮液的pH越高，高岭土对铀的吸附效率增强；在pH>10时，随着悬浮液的pH的上升，腐殖酸对铀的吸附作用的影响减弱；在5<pH<10时，吸附率基本达到稳定.4) 高岭土对U(Ⅵ)的吸附约10 h可达到吸附平衡状态，吸附率在10 h之后基本趋于稳定.准二级动力学方程比准一级动力学方程更好的描述铀在高岭土上的吸附过程.5) 温度会促进高岭土对铀的吸附，温度越高，吸附率越高.由热力学函数计算结果，可知U(Ⅵ)在高岭土上的吸附是吸热且自发的过程.Freundlich等温吸附方程更好地拟合了实验数据，相关系数都达到0.9以上.高岭土对铀的吸附为单分子层吸附.。