埃洛石对铀、钍的吸附行为的研究

埃洛石对铀、钍的吸附行为的研究
本实验采用静态法研究U(Ⅵ)和Th（Ⅳ）在200目粒径埃洛石上的吸附行为，研究了浓度、温度、吸附时间、pH、离子强度对埃洛石吸附U(Ⅵ)和Th（Ⅳ）的影响。

实验结果表明U（Ⅵ）和Th（Ⅳ）在埃洛石上的吸附很快就可以达到平衡，大致在10到13个小时达到平衡。

pH对埃洛石吸附有很大影响，在NaNO3浓度为0.1mol/L，铀溶液浓度为1×10-4mol/L量级时，pH从3-6，U(Ⅵ)的吸附率很快从5%升至95%以上；同样钍溶液浓度为1×10-4mol/L级时，pH从1-4，Th（Ⅳ）的吸附率很快从5%升至90%以上；在pH=3.5下，吸附体系NaNO3浓度中对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）有较大影响，尤其是对Th（Ⅳ）的吸附有很大的影响，对U(Ⅵ)的吸附效果的影响要明显小于Th（Ⅳ），在吸附体系中NaNO3浓度越低的时候吸附效果越好，反之效果越差。

温度对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）有明显的影响，随着温度升高吸附效果也越好，说明埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）是一个吸热反应。

对U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）在埃洛石上的吸附进行模型处理发现U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）在埃洛石上的吸附均符合Freundlich模型。

在不同NaNO3浓度和不同pH下进行吸附和解吸，发现U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）几乎不能解吸下来。

关键词：U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）；埃洛石；吸附；静态法；
第一章前言
1.1研究背景
近年来，经济发展速度日益加快，对能源的需求量越来越大，同时各地雾霾现象频繁出现，目前正大量使用的化石燃料明显不能满足人类对能源急剧增长的需求，并且化石燃料对我们的生存环境有很大的危害，为了提供足够多的能源和保护我们的生存环境，核能是人类必然的选择。

同时十八大会议的召开对我过的核能事业来说具有非常积极的推动作用，我国的核电事业将迎来一个新的发展高峰。

但是在光明的发展前景下，同时也面临着诸多的技术和社会问题，随着核能和平利用的不断发展，放射性核废料能否妥善的处理和处置成为了核能能否继续发展的关键问题。

放射性废物处理的关键在于如何将放射性废料中的可利用核素的提取和重新利用。

无法重新利用的放射性废料要妥善的处置使其平稳的衰变，减少其对环境和生物的影响。

在当前的世界上，对于核废料的处理方式主要为深层地质掩埋处理，以此减少放射性物质对环境和生物的影响。

而深层地质掩埋这种处理方式的主要依赖的是利用废料包装容器、回填材料和地质层中的天然物质对放射性核素进行阻滞，防止其迁移进入到人和生物生存的环境中。

其中废料包装容器和回填材料是人工的屏障，地质层中的土壤和岩石是一层天然的屏障。

埃洛石是一种天然粘土质硅酸盐矿物，在我国的分布广泛，来源丰富，质地优良，比面积大，热稳定性好，孔面积较大，具有纳米中空管状结构，管长在0.5-3µm之间，管径在10-30nm之间，其化学组成与高岭石相同，但比高岭石含有更高的水分，离子交换能力强而且对放射性核素有较高的亲和性。

所以埃洛石很可能成为天然屏障中的一道非常重要的屏障。

埃洛石纳米管是一种双层状铝硅酸盐粘土类矿物材料，其结构和化学组成与高岭石、地开石、珍珠石非常相似。

埃洛石虽然有球形及片状的报道，但该矿物最普遍的形貌是管状结构。

早在1826年Berthier首次对HNTs进行报道，这种由无机晶体发生弯曲形成纳米管首次由Pauling于1930年预测而其结构在19世纪50年代由科学家大量报道,埃洛石由铝氧八面体和硅氧四面体在化学计量比为1:1而组成,且铝氧八面体分布在管内壁，硅氧四面体分布在管外壁。

由于铝氧八面体层与硅氧四面体层之间的空间不相匹配位错促使片状晶体卷曲成管状。

埃洛石纳米管是形态完整的中空管状结构，不封端、无卷曲破裂或套管现象，为天然多孔纳米晶体材料，因土层的不同管长的大致范围500~1000nm，管内径
15~100nm，管内壁为20~80nm。

HNTs与高岭石相比表面羟基密度较小，Al:Si为1:1，管内侧分布大量Al-OH基团，管边缘主要为Al-OH和Si-OH基团，通过佛立叶变换红外光谱证明HNTs外表面基团主要以O-Si-O存在。

HNTs与高岭土有
相似的化学组成，化学式可以表示为Al
2Si
2
O
5
(OH)
4
·nH
2
O,n等于0和2，分别代
表脱水HNTs和水化HNTs。

埃洛石纳米管在世界储量丰富，主要分布在中国、法国、新西兰、美国和巴西等国。

埃洛石纳米管(HNTs)属于亚纳米材料，具有优异的物理与化学性能：比如，耐高温，耐酸碱，由于具有中空结构使其具有较大的比表面积。

Guimaraes 等采用电荷自洽的紧束缚密度泛函方法（SCC-DFTB）方法系统地计算了单壁 HNTs 的稳定性、电学和机械性能。

主要计算了 HNTs 的应变能较碳纳米管大，管内壁带正电荷，管外壁带微弱的负电荷电，等电点大约在
pH=3 附近，虽然HNTs没有CNTs坚硬，但与丝状铝英石、Gas和温石棉纳米管
的杨氏模量在一个数量级，进而说明 HNTs 是一种很好的力学材料。

通过佛立叶红外光谱仪检测可知，HNTs 表面具有大量的硅羟基基团，导致了其在化学领域
有很强的应用潜力，它新颖的物理与化学性质使其广泛的应用于环保、电子、催化、生物系统以及功能材料等领域。

目前常用处理污水的吸附剂种类很多，如活性炭、二氧化硅、碳纳米管、天然高分子材料和树脂等已经在处理污水中被广泛的应用。

然而他们的运营成本很高，这样导致它们必须进行多次回收利用，否则导致资源浪费。

因此，寻找成本低具有类似吸附效果的吸附剂来代替昂贵的吸附剂是非常有必要的。

埃洛石纳米管是廉价的硅铝酸盐矿物材料，在我国河南、四川和山西等地储量丰富，更重要的是其独特的管状结构与碳纳米管非常相似相似，因此HNTs有潜力成为碳纳米管的替代品。

Zhao等人利用埃洛石纳米管(HNTs)作为吸附剂从水溶液去除亚甲基蓝，最大吸附容量高达84.32 mg/g。

Kilislioglu 等人利用埃洛石纳米管吸附水溶液中的铀，并且对其吸附的机理和动力学做了研究，结果表明该吸附过程属于吸热反应。

1.2研究现状
在现阶段对于埃洛石的研究中，主要集中在埃洛石对于金属离子的吸附上面，很少有关于埃洛石对于U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）的吸附所做系统的研究，所以本次实验采用了静态法系统的研究了埃洛石对U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）吸附的影响，并将两者做了对比，以期从中发现埃洛石对U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）吸附性能的差异。

本实验研究了改变吸附时间、浓度、pH、温度、离子强度对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）的影响，发现pH和离子强度对于埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）有很明显的影响。

第二章实验内容
2.1主要仪器
2.1.1 721E型可见光分光光度计：上海光谱仪器有限公司；
2.1.2 PB-10精密pH计（复合电极）：北京赛多利斯仪器系统有限公司；
2.1.3 BS110S电子天平：北京赛多利斯天平有限公司；
2.1.4 TG16-II台式离心机：长沙平凡仪器仪表有限公司
2.2实验主要试剂和药品
2.2.1 硝酸钍：分析纯，四零四厂；
2.2.2 硝酸铀：分析纯，上海实际厂；
2.2.3 浓硝酸:化学纯，白银化学试剂厂；
2.2.4 氢氧化钠:分析纯，天津化学试剂厂；
2.2.5 硝酸钠：分析纯，天津化学试剂厂；
2.2.6 偶氮胂（III）：分析纯，天津光复精细化工研究所；
2.3实验主要溶液的配置
2.3.1 0.1%的偶氮砷(III)：称取1.0000 g偶氮胂(Ⅲ)，用1000mL去离子水完全溶解，储存在棕色瓶中即可。

2.3.2 硝酸钍储备液：准确称取0.6164 g Th(NO3)4∙6H2O，用少量浓硝酸溶解，煮两遍至近干，再用0 .5 mol/L的HNO3定容到100 mL容量瓶中即得0.01048 mol/L的Th(NO3)4，再吸取9.75mL放入200mL容量瓶中并加水稀释至刻度线，摇匀，即得5.1090×10-4mol/L的硝酸钍储备液。

2.3.3 硝酸铀酰储备液：
2.3.4 配置0.3mol/L的硝酸钠溶液：称取6.3750g分析纯硝酸钠固体，在烧杯中溶解后全部转入250ml容量瓶，用蒸馏水洗涤烧杯几次，洗涤液也全部转入容量瓶中，定容后摇匀备用。

2.3.5 配置0.5mol/L的硝酸溶液：取5mol/L的硝酸25ml到250ml容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀后备用。

2.3.6 配置0.1mol/L的硝酸溶液：取5mol/L的硝酸5ml到250ml容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀后备用。

2.4实验步骤：
2.4.1 埃洛石处理
称取75g的过200目筛的埃洛石，加入0.1M硝酸800mL，搅拌24小时，静置沉降后用上倾法和虹吸法去掉上层液体，加水搅拌均匀，静置分离。

多次洗涤至pH接近5。

称取43.83gNaCl晶体,溶于去离子水后加入埃洛石中，加水约1000ml继续搅拌转型约12小时。

停止搅拌静置，虹吸上清液，加入1.5 L 0.5mol/L NaCl搅拌继续转型12小时。

停止搅拌静置，抽滤。

在恒温箱中以100℃将埃洛石烘干。

烘干后，将埃洛石研磨成细粉，并用200目的筛子分离产物，得到200目的转型后埃洛石，将其密封保存于阴凉干燥处。

2.4.2 吸附实验
本论文采用静态批式法研究埃洛石对U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）的吸附，所用离心试管为聚乙烯塑料具塞离心试管。

选择平衡时间为24小时，固液比为5g/L。

2.4.2.1 pH对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）的影响：
2.4.2.1.1 pH对埃洛石吸附U(Ⅵ)的影响：
取22支洁净的具塞离心试管，依次标号为1-22。

往各个试管中准确称取30mg 埃洛石，记录下埃洛石的质量。

向每支试管中加入1.0 mL的6.205x10-4 mol/L的硝酸铀酰溶液，再加入2.0 mL的0.3 mol/L的NaNO3溶液，再加入3.0 mL的蒸馏水，然后调pH在2-11之间合理分布。

将上述22支试管放入恒温振荡器中在25 ℃下震荡24h，离心分离（11000 r/min，30 min）后分别取上清液2.00 mL于25 mL容量瓶中，加入1.55 mL 0.5 mol/L的HNO3和2.00 ml 0.1%的偶氮胂III，定容后摇匀，显色20 min，在650 nm下测量吸光度值。

参比溶液为除不加上清液外其他条件相同的溶液。

2.4.2.1.2 pH对埃洛石吸附Th（Ⅳ）的影响：
取22支洁净的具塞离心试管，一次标号为1-22。

往各个试管中准确称取30mg
埃洛石，记录下埃洛石的质量。

向每支试管中加入0.5 mL的1.3566x10-3mol/L 的硝酸钍溶液，再加入2.0 mL的0.3mol/L的NaNO3溶液，再加入3.5 mL的蒸馏水，然后调pH在2-11之间合理分布。

将上述22支试管放入恒温振荡器中在25 ℃下震荡24h，离心分离（11000 r/min，30 min）后分别取上清液2.00ml于25ml容量瓶中，加入1.55 mL 0.5 mol/L的HNO3和2.00 mL 0.1%的偶氮胂III，定容后摇匀，显色20 min，在660 nm下测量吸光度值。

参比溶液为除不加上清液外其他条件相同的溶液。

2.4.2.2 U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）吸附动力学实验
2.4.2.2.1 U(Ⅵ)吸附动力学实验
取15支离心试管，依次编号为1-15，往1-15号试管中准确称取30mg埃洛石，记录下埃洛石的质量。

向1-15号试管中加入1mL的6.205x10-4mol/L的硝酸铀酰溶液，再加入2mL的0.3mol/L的NaNO3溶液，再加入3.0mL的蒸馏水，所有试管pH调至3.50左右。

放入25℃恒温摇床中震荡一定时间。

各管震荡时间见下表中。

表2.1 U(Ⅵ)吸附动力学实验各试管振荡时间
将震荡完成的试管离心分离（11000 r/min，30 min）后分别取上清液2.00mL 于25mL容量瓶中，加入1.55 mL 0.5 mol/L的HNO3和2.00 mL 0.1%的偶氮胂III，定容后摇匀，显色20 min，在650 nm下测量吸光度值。

参比溶液为除不加上清液外其他条件相同的溶液。

2.4.2.2.2 Th（Ⅳ）吸附动力学实验
取15支离心试管，依次编号为1-15，往1-15号试管中准确称取30mg埃洛石，记录下埃洛石的质量。

向1-15号试管中加入0.5mL的1.3566x10-3mol/L的硝酸钍溶液，再加入2mL的0.3mol/L的NaNO3溶液，再加入3.5mL的蒸馏水，所有试管pH调至3.50左右。

放入25℃恒温摇床中震荡一定时间。

各管震荡时间见下表中。

表2.2 Th（Ⅳ）吸附动力学实验各试管振荡时间
将震荡完成的试管离心分离（11000 r/min，30 min）后分别取上清液2.00mL 于25mL容量瓶中，加入1.55 mL 0.5 mol/L的HNO3和2.00 mL 0.1%的偶氮胂III，定容后摇匀，显色20 min，在660 nm下测量吸光度值。

参比溶液为除不加上清液外其他条件相同的溶液。

2.4.2.3 U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）吸附等温线
2.4.2.
3.1 U(Ⅵ)吸附等温线
取30支离心试管，分为三组，依次编号为1-1至1-10，2-1至2-10，3-1至3-10，往这30支试管中准确称取30mg埃洛石，记录各试管埃洛石质量；往1-1至1-10中分别加入6.5509x10-4 mol/L的硝酸铀酰溶液0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL、3.0mL、3.5mL、4.0 mL4.5mL、5.0mL；同样的往2-1至2-8和3-1至3-8分别加入0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL、3.0mL、3.5mL、4.0 mL、4.5mL、5.0mL 6.5509x10-4 mol/L的硝酸铀酰溶液；往各试管加入一定体积和一定浓度的NaNO3溶液使试管中NaNO3浓度为0.1mol/L，然后加水至各试管总体积为6.0mL，将各个试管pH调至3.50左右；将1-1至1-10放入25℃恒温摇床中振荡24h，2-1至2-10放入35℃恒温摇床中振荡24h，3-1至3-10放入45℃恒温摇床中振荡24h，振荡结束后离心分离（11000 r/min，30 min）后分别取一定量上清液于25ml容量瓶中，加入1.55 ml 0.5 mol/L的HNO3和2.00 ml 0.1%的偶氮胂III，定容后摇匀，显色20 min，在650 nm下测量吸光度值。

参比溶液为除不加上清液外其他条件相同的溶液。

2.4.2.
3.2 Th（Ⅳ）吸附等温线
取30支离心试管，分为三组，依次编号为1-1至1-10，2-1至2-10，3-1至3-10，往这30支试管中准确称取30mg埃洛石，记录各试管埃洛石质量；往1-1至1-10中分别加入1.3566x10-3 mol/L的硝酸钍溶液0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL、3.0mL、3.5mL、4.0 mL、4.5mL、5.0mL；同样的往2-1至2-10和3-1至3-10分别加入0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL、3.0mL、3.5mL、4.0 mL、
4.5mL、
5.0mL 1.3566x10-3 mol/L的硝酸钍溶液；往各试管加入一定体积和一定
溶液使试管中NaNO3浓度为0.1mol/L，然后加水至各试管总体积为浓度的NaNO
3
6.0mL，将各个试管pH调至3.50左右；将1-1至1-10放入25℃恒温摇床中振荡24h，2-1至2-10放入35℃恒温摇床中振荡24h，3-1至3-10放入45℃恒温摇床中振荡24h，振荡结束后离心分离（11000 r/min，30 min）后分别取一定量上清液于25ml容量瓶中，加入1.55 ml 0.5 mol/L的HNO3和2.00 ml 0.1%的偶氮胂III，定容后摇匀，显色20 min，在660 nm下测量吸光度值。

参比溶液为除不加上清液外其他条件相同的溶液。

2.4.2.4 离子强度对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）的影响
2.4.2.4.1 离子强度对埃洛石吸附U(Ⅵ)的影响
取12支试管一次标号为1-12，往各试管中准确称取30mg埃洛石，记录各管埃洛石质量；往1-12号试管中各加入1mL6.5509x10-4 mol/L的硝酸铀酰溶液1.0mL；往1-12号试管加入一定体积和一定浓度的NaNO3溶液使试管中NaNO3浓度分别为0.01、0.03、0.05、0.07、0.10、0.20、0.30、0.40、0.60、0.80、0.90、1.00 mol/L，然后加水至各试管总体积为6.0mL，将各个试管pH调至3.50左右；将1-12放入25℃恒温摇床中振荡24h，振荡结束后离心分离（11000 r/min，30 min）后分别取2.00mL上清液于25ml容量瓶中，加入1.55 ml 0.5 mol/L的HNO3和2.00 ml 0.1%的偶氮胂III，定容后摇匀，显色20 min，在650 nm下测量吸光度值。

参比溶液为除不加上清液外其他条件相同的溶液。

2.4.2.4.2 离子强度对埃洛石吸附Th（Ⅳ）的影响
取12支试管一次标号为1-12，往各试管中准确称取30mg埃洛石，记录各管埃洛石质量；往1-12号试管中各加入1mL 1.3566x10-3 mol/L的硝酸钍溶液0.5mL；往1-12号试管加入一定体积和一定浓度的NaNO3溶液使试管中NaNO3浓度分别为0.01、0.03、0.05、0.07、0.10、0.20、0.30、0.40、0.60、0.80、0.90、1.00 mol/L，然后加水至各试管总体积为6.0mL，将各个试管pH调至3.50左右；将1-12放入25℃恒温摇床中振荡24h，振荡结束后离心分离（11000 r/min，30 min）后分别取3.00mL上清液于25ml容量瓶中，加入1.55 ml 0.5 mol/L的HNO3和2.00 ml 0.1%的偶氮胂III，定容后摇匀，显色20 min，在660 nm下测量吸光度值。

参比溶液为除不加上清液外其他条件相同的溶液。

2.4.2.5 不同浓度NaNO3下pH对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）的影响
2.4.2.5.1 NaNO3浓度为0.01mol/L下pH对埃洛石吸附U(Ⅵ)的影响
取15支离心试管依次编号为1-15，准确称取30mg埃洛石，记录埃洛石质量；往1-15试管中加入加入1mL6.5509x10-4 mol/L的硝酸铀酰溶液1.0mL；往1-15号试管加入一定体积和一定浓度的NaNO3溶液使试管中NaNO3浓度分别为0.01 mol/L，加水至各试管总体积为6.0mL，然后调节各试管pH为1-11之间合理分布。

将1-15号试管放入25摄氏度恒温摇床中振荡24h，振荡结束测量p H 后离心分离（11000 r/min，30 min）后分别取2.00mL上清液于25ml容量瓶中，加入1.55 ml 0.5 mol/L的HNO3和2.00 ml 0.1%的偶氮胂III，定容后摇匀，显色20 min，在650 nm下测量吸光度值。

参比溶液为除不加上清液外其他条件相同的溶液。

注意取完上清液后试管不要丢弃，留待解吸实验用。

2.4.2.5.2 NaNO3浓度为0.01mol/L下pH对埃洛石吸附Th（Ⅳ）的影响
实验方法同2.4.2.5.1，只需将1.0mL 6.5509x10-4mol/L硝酸铀酰溶液改成0.5mL 1.3566x10-3mol/L硝酸钍溶液，并且将吸光度测量波长改为660nm；
2.4.2.5.3 NaNO3浓度为0.1和1.0mol/L下pH对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）的影响
实验方法如同2.4.2.5.1和2.4.2.5.2一样，参照上面的操作步骤，只将NaNO3浓度改为0.1mol/L或1.0mol/L；
2.4.2.6 U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）在埃洛石上的解吸实验
2.4.2.6.1 U(Ⅵ)在埃洛石上的解吸实验
取出2.4.2.5中与U(Ⅵ)吸附有关的试管，补充一定量的NaNO3和水使试管中的NaNO3浓度和吸附前一样，并且使试管中液体的体积为6.0mL，调节pH和吸附后测得的pH相同；将各试管重新放入25℃恒温振荡器中振荡24h，振荡结束测量pH后离心分离（11000 r/min，30 min）后分别取2.00mL上清液于25ml容量瓶中，加入1.55 ml 0.5 mol/L的HNO3和2.00 ml 0.1%的偶氮胂III，定容后摇匀，显色20 min，在650 nm下测量吸光度值。

参比溶液为除不加上清液外其他
条件相同的溶液。

2.4.2.6.2 Th（Ⅳ）在埃洛石上的解吸实验
实验方法和2.4.2.6.1一样，将测量吸光度的波长改为660nm。

第三章 实验结果及处理
3.1 U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）标准曲线的绘制
3.1.1 U(Ⅵ)标准曲线
在25ml 容量瓶中分别加入2.00mL 0.1%的偶氮砷III ，1.55mL 0.5 mol/L HNO 3，再分别加入不同体积的6.5509x10-4 mol/L 的硝酸铀酰溶液，用蒸馏水定容后摇匀，静置显色20min ，用721E 型分光光度计，在波长为650nm 下测量吸光度。

A B S
Concentration U （VI ） (mol/L)
图3.1 U(Ⅵ)的标准曲线
3.1.2 Th （Ⅳ）的标准曲线
在25ml 容量瓶中分别加入2.00 mL 0.1%的偶氮砷III ，1.55mL 0.5 mol/L HNO 3，再分别加入不同体积的1.3566x10-3mol/L 的硝酸钍溶液，用蒸馏水定容后摇匀，静置显色20min ，用721E 型分光光度计，在波长为660 nm 下测量吸光度。

A B S
Concentration Th （IV ） (mol/L)
图3.2 Th （Ⅳ）的标准曲线
3.2 pH 对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）的影响
T h e p e r c e n t a g e o f a d s o r p t i o n
pH
图3.3 pH 对埃洛石吸附U(Ⅵ)的影响曲线
固液比为5：1g/L ，C UO 22+=1.0918∗10−4mol/L ，C NaNO 3=0.1mol/L ，温
度t=25±0.02℃，振荡时间约为24h 。

T h e p e r c e n t a g e o f a d s o r p t i o n
pH
图3.4 pH 对埃洛石吸附Th （Ⅳ）的影响曲线
固液比为5：1g/L ，C Tℎ4+=1.1305∗10−4mol/L ， C NaNO 3=0.1mol/L ，温度t=25±0.02℃，振荡时间约为24h 。

T h e p e r c e n t a g e o f a d s o r p t i o n
pH
图3.5 pH 对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）的影响的比较
固液比为5：1g/L ， C NaNO 3=0.1mol/L ，C UO 22+=1.0918∗10−4mol/L ，
C Tℎ4+=1.1305∗10−4mol/L ，温度t=25±0.02℃，振荡时间约为24h 。

从图3.5可以看出，pH 对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）均有较大影响，本次实验中U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）的浓度始终保持相近，但在不同pH 时两者吸附率却存在一定的差值，说明通过改变吸附体系的pH 将有可能达到分离U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）的目的。

后续实验中，我们选取pH=3.50作为实验的条件，因为在该pH 下，U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）吸附率的差值较大且不会发生沉淀效应。

3.3 U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）吸附动力学实验
T h e p e r c e n t a g e o f a d s o r p t i o n
time (hour)
图3.6 U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）吸附动力学比较
固液比为5：1g/L ， C NaNO 3=0.1mol/L ，C UO 22+=1.0918∗10−4mol/L ，
C Tℎ4+=1.1305∗10−4mol/L ，温度t=25±0.02℃，pH 为3.50±0.02。

从图3.6可以得出在pH=3.50时，埃洛石对U(Ⅵ
)、Th （Ⅳ）的吸附速率非常快，从开始吸附到饱和只需要几个小时，但是为了保证与前后的实验条件一致，后续实验仍然采用震荡24h 作为实验条件。

3.4 U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）在埃洛石上的吸附等温线
3.4.1 U(Ⅵ) 在埃洛石上的吸附等温线
q e (m o l /g )
Ce (mol/L)
图3.7 U(Ⅵ)吸附等温线
固液比为5：1g/L ， C NaNO 3=0.1mol/L ，pH 为3.50±0.02。

根据图3.7可知温度升高对埃洛石吸附U(Ⅵ)有促进作用，但是在温度比较低的时候促进作用不明显，另外随着U(Ⅵ)的浓度增大，吸附量也逐渐增大至趋
于稳定，此时吸附达到平衡。

C e /q e (g /L )
Ce (mol/L)
图3.8
U(Ⅵ)Langmuir 吸附模型
根据图3.8可以计算出Langmuir 吸附模型的相关数据如下：
表3.1 U （VI ）Langmuir 吸附模型的相关数据
l o g q e
logCe
图3.9 U(Ⅵ)Freundlich 吸附模型
根据图3.9可以计算出Freundlich 吸附模型的相关数据如下：
表3.2 U(VI)Freundlich 吸附模型的相关数据
通过Freundlich 吸附模型和Langmuir 吸附模型的比较可以发现Freundlich 吸附模型的相关性更好，能更好的解释U(Ⅵ)在埃洛石上的吸附行为。

3.4.2 Th （Ⅳ）在埃洛石上的吸附等温线
q e (m o l /g )
Ce (mol/L)
图3.10 Th （Ⅳ）吸附等温线
固液比为5：1g/L ， C NaNO
3=0.1mol/L ，pH 为3.50±0.02。

由图3.10可知，温度升高对埃洛石吸附Th （Ⅳ）有促进作用，随着温度升高，吸附量逐渐增加至趋于稳定，最终达到吸附平衡。

C e /q e (g /L )
Ce (mol/L)
图3.11 Th （Ⅳ）Langmuir 吸附模型
根据图3.11可以计算出Langmuir 吸附模型的相关数据如下：
表3.3 Th （IV ）Langmuir 吸附模型的相关数据
l o g q e
logCe
图3.12 Th （Ⅳ）Freundlich 吸附模型
根据图3.12可以计算出Freundlich 吸附模型的相关数据如下：
表3.4 Th （IV ）Freundlich 吸附模型的相关数据
通过Freundlich 吸附模型和Langmuir 吸附模型的比较可以发现Freundlich 吸附模型的相关性更好，能更好的解释Th （Ⅳ）在埃洛石上的吸附行为。

3.5 离子强度对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）的影响
3.5.1 离子强度对埃洛石吸附U(Ⅵ)的影响
T h e p e r c e n t a g e o f a d s o r p t i o n
C NaNO （mol/L ）
图3.-13 NaNO 3浓度对埃洛石吸附U(Ⅵ)的影响
固液比为5：1g/L ， C UO 22+=1.0918∗10−4mol/L ，，温度t=25±0.02℃，pH
为3.50±0.02，振荡时间为24h 左右。

从图3.13可以看出，离子强度对埃洛石吸附U(Ⅵ)具有一定影响，但是由于在pH 为3.5左右时埃洛石对U(Ⅵ)的吸附率不是很大，所以在图中吸附率的变化不是很明显；在该pH 下，当NaNO 3浓度从0.01mol/L 增大到1.0mol/L 的过程中，吸附率从16%左右逐渐下降至8%左右，并且NaNO 3浓度从0.01mol/L 到0.1mol/L 变化中吸附率降的相对较快，从0.1mol/L 以后基本不变。

3.5.2 离子强度对埃洛石吸附Th （Ⅳ）的影响
T h e p e r c e n t a g e o f a d s o r p t i o n
C NaNO （mol/L ）
图3-14 NaNO 3浓度对埃洛石吸附Th （Ⅳ）的影响
固液比为5：1g/L ，，C Tℎ4+=1.1305∗10−4mol/L ，温度t=25±0.02℃，pH 为3.50±0.02，振荡时间为24h 左右。

从图3.14可以看出，离子强度对埃洛石吸附Th(IV)具有较大影响，在该pH 为3.50左右时，当NaNO 3浓度从0.01mol/L 增大到1.0mol/L 的过程中，吸附率
从85%左右逐渐下降至40%左右，并且NaNO 3浓度从0.01mol/L 到0.4mol/L 变化中吸附率降的相对较快，从0.4mol/L 以后基本不变。

3.6 不同浓度NaNO 3下pH 对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）的影响
T h e p e r c e n t a g e o f a d s o r p t i o n
pH
图3.15 不同浓度NaNO 3下pH 对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）的影响
固液比为5：1g/L ， C UO 22+=1.0918∗10−4mol/L ，C Tℎ4+=1.1305∗
10−4mol/L ，温度t=25±0.02℃，振荡时间约为24h 。

在前面的离子强度对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）影响的试验中我们得出离子强度对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）的有一定的影响，从图3.15中也得到了验证，从图中我们可以看出，离子强度对埃洛石吸附U(Ⅵ)的影响要小于离子强度对埃洛石吸附Th （Ⅳ）的影响，从而验证了上面得出的结论。

pH 对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）均有较大影响，本次实验中U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）的浓度始终保持相近，但在不同pH 时两者吸附率却存在一定的差值，说明通过改变吸附体系的pH 将有可能达到分离U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）的目的。

3.7 U(Ⅵ)、Th （Ⅳ）在埃洛石上的解吸实验
3.7.1 U(Ⅵ)解吸实验
T h e a d s o r b a n c e (m o l /g )
pH
图3.16 0.01 mol/L NaNO 3下解吸前后埃洛石吸附量对比
T h e a d s o r b a n c e (m o l /g )
pH
图3.17 0.1 mol/L NaNO 3下解吸前后埃洛石吸附量对比
T h e a d s o r b a n c e (m o l /g )
pH
图3-18 1.0 mol/L NaNO 3下解吸前后埃洛石吸附量对比
从图3.16到3.8可知，在实验条件不变的情况下，埃洛石的吸附量在解吸前与解吸后并没有多大变化买或者可以说几乎不变，由此埃洛石对U(Ⅵ)的吸附
是一个不可逆的过程，符合Freundlich 吸附模型。

3.7.2 Th （Ⅳ）解吸实验
T h e a d s o r b a n c e (m o l /g )pH
图3.19 0.01 mol/L NaNO 3下解吸前后埃洛石吸附量对比
T h e a d s o r b a n c e (m o l /g )pH
图3.20 0.1 mol/L NaNO 3下解吸前后埃洛石吸附量对比
T h e a d s o r b a n c e (m o l /g )pH
图3.21 1.0 mol/L NaNO 3下解吸前后埃洛石吸附量对比
同样，从图3.19到3.21可知，在实验条件不变的情况下，埃洛石的吸附量在解吸前与解吸后也几乎不变，由此埃洛石对Th（Ⅳ）的吸附也是一个不可逆的过程，也符合Freundlich吸附模型。

第四章实验结论
1.在pH为3.5的时候，埃洛石吸附U（VI）、Th(IV)的平衡时间都很短，只需要3-5个小时，说明埃洛石对U（VI）、Th(IV)的吸附作用的主要是化学吸附。

2.pH对埃洛石吸附U（VI）、Th(IV)的影响都非常大，在吸附体系的NaNO3浓度为0.1mol/L，铀溶液起始浓度为1x10-4量级时，pH从3-6，U(Ⅵ)的吸附率很快从5%升至95%以上，之后稳定在95%左右；同样在吸附体系NaNO3浓度为0.1mol/L，钍溶液起始浓度为1x10-4量级时，pH从1-4，Th（Ⅳ）的吸附率很快从5%升至90%以上，之后也稳定在90%左右。

3. 温度对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）都有明显的影响，随着温度升高吸附效果也越好，说明埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）是一个吸热反应。

在温度对埃洛石吸附U(Ⅵ)的影响的试验中出现25℃时的吸附效果比35℃时的吸附效果略好的现象，经过反复的验证实验，这两个温度下的吸附效果都非常接近，可能的原因是由于温度差别比较小难以区分开来。

另外，对U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）在埃洛石上的吸附进行模型处理发现U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）在埃洛石上的吸附都更加符合Freundlich模型。

4.离子强度对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）有很大的影响，本文中研究的是pH为3.5时体系中NaNO3浓度对吸附作用的影响，由于在该pH下埃洛石对U （VI）的吸附效果不是很好，所以离子强度对埃洛石吸附U（VI）的影响也不是很明显，但是通过后面的不同NaNO3浓度下pH对埃洛石吸附U（VI）的实验的对比可以知道离子强度对埃洛石吸附U（VI）也具有很大的影响。

在pH为3.5左右时，当NaNO3浓度从0.01mol/L增大到1.0mol/L的过程中，U（VI）吸附率从16%左右逐渐下降至8%左右，并且NaNO3浓度从0.01mol/L到0.1mol/L变化中吸附率降的相对较快，从0.1mol/L以后基本不变；对于Th（IV）来说，当NaNO3浓度从0.01mol/L增大到1.0mol/L的过程中，Th（IV）吸附率从85%左右逐渐下降至40%左右，并且NaNO3浓度从0.01mol/L到0.4mol/L变化中吸附率降的相对较快，从0.4mol/L以后基本不变。

5. 在不同NaNO3浓度和不同pH下进行吸附和解吸实验发现，它们几乎不能从埃洛石上面解吸下来。

U（VI）、Th（IV）埃洛石解吸前后的吸附量基本是重合的，说明是U（VI）、Th（IV）在埃洛石上面的吸附反应是可逆的。