Al(oh)3胶体的制备及其对铀的吸附机理研究

为 2 以下备用。 钒酸铵标准溶液的配制：称取一定量钒酸铵 (NH4VO3)于 300 ml 烧杯中用少量蒸馏水调成糊状， 再加入 250 ml 1:1 的硫酸， 待其全溶后移入 1000 ml 容量瓶中，以蒸馏水稀释至刻度摇匀放置一周。 二苯胺磺酸钠的配制：称取 0.2 g 二苯胺磺酸 钠(C12H10O3NSNa)及 0.2 g 无水碳酸钠(Na2CO3)， 以少量水调成糊状,稀释至 100 ml。 1.1.2 实验仪器 PHS-3C 型酸度计(金坛市盛蓝仪 器制造有限公司)；FB224 自动内校电子天平(上海 舜宇恒平科学仪器有限公司)；DK-98-11A 双列六 孔电热恒温水浴锅(天津市泰斯特仪器有限公司)； 101-2A 电热鼓风干燥箱(北京中兴伟业仪器有限公 司)；85-2 数显控温磁力搅拌器(金坛市大地自动化 仪器厂)；RISE2008 激光粒度分析仪(济南润之科 技)；摩尔超纯水机(上海摩勒科学仪器有限公司)； TG16-W 型台式高速离心机(长沙维尔康湘鹰离心 机有限公司)； HL-1B 恒流泵(上海青蒲泸西仪器 厂)；1400-4mm 透析袋(上海源（永）叶生物科技 有限公司)。 1.2 实验方法 1.2.1 胶体 Al(OH)3 的制备 取 7 个 250 ml 三角瓶， 编号为 1、2、3、4、5、6、7，在每个瓶中配制 0.3 mol・L1 的 Al(NO)3・9H2O 溶液，置于恒温磁力搅 拌器上， 在剧烈搅拌下加入 1:1 氨水调节 pH 值， 编 号 1～7 分别调节 pH 为 3～9， 将形成的溶胶在磁力 搅拌器上恒温 60℃熟化 1 h 后转入恒温回流装置中 恒温 60℃回流 6 h 以上， 可得稳定的 Al(OH)3 溶胶。 Al(OH)3 溶胶用半透膜纯化，纯化时，先用半透膜 装上待纯化 Al(OH)3 胶体，半透膜留有一定的体积 空间，便于离子交换。洗涤溶剂采用去离子水，半 小时更换一次，每次纯化 6 h 以上，最终保证氢氧 化铝溶胶中的电解质去除干净。Al(OH)3 胶体纯化 装置见图 1。 将纯化后得到的 Al(OH)3 溶胶溶胶烘干、研磨 并称量。 重复进行 5 次， 把每个 pH 条件下 Al(OH)3 质量求和，取平均值，得到 5 组在不同 pH 值下的 Al(OH)3 质量，将每个 pH 值条件下得到的 Al(OH)3
引 言
铀是一种天然放射性元素，用途十分广泛，军
2013-07-25 收到初稿，2013-10-27 收到修改稿。 联系人：王清良。第一作者：张琪（1984—） ，男，硕士研究生。 基金项目：国家自然科学基金项目（51154003） 。
事上主要用来制造核武器与核动力燃料，民用上主 要用于核电站的燃料。核电与水电和火电相比，具 有成本低、安全、环保等优点，因此世界各国都在
Preparation of aluminum hydroxide colloid and its adsorption mechanism for uranium(Ⅵ)
ZHANG Qi1,2, WANG Qingliang1, LI Qian1, HU Eming1, ZHANG Hongcan1，YANG Jing1
表1
我国北方某地浸铀矿山饱和树脂洗脱液成分分析结果（U 的单位为 g・L1，其他单位均为 mg・L1） Composition analysis result of saturated resin eluent a northern China leaching uranium mine (unit of uranium is g・L1，others are mg・L1)
U 5.83 Fe 743.69 Mn 61.23 Ca 55.06 Mg 13.67 Zn 2.77 Cu 1.63 Pb 1.57 Cd 1.27
Table 1
Al2O3 29.23 SiO2 18.52
第4期
张琪等：Al(OH)3 胶体的制备及其对铀的吸附机理
・1281・
图 1 Al(OH)3 胶体纯化 Fig.1 Purification of Al(OH)3 colloids
Received date：2013-07-25. Corresponding author: Prof.WANG Qingliang, nhwql@sina.com Foundation item: supported by the National Natural Science Foundation of China(51154003).
1 材料与方法
1.1 实验材料 1.1.1 主要试剂和溶液配制 所用试剂均为分析 纯，主要有 Al(NO3)3・9H2O，NH3・H2O，HNO3， HCl，NaOH，H3PO4，TiCl3，NaNO2，H2NCONH2。 铀溶液：铀溶液为我国北方某地浸铀矿山饱和 树脂洗脱获得， 淋洗液成分见表 1。 配制成 1、 2、 5、 1 10、25、50 mg・L 的铀溶液，用 HCl 控制 pH 值
(1School of Nuclear Resource Engineering, University of South China, Hengyang 421001, Hunan, China;
2
Shuidong Middle School, Nayong 553308, Guizhou, China)
・ຫໍສະໝຸດ Baidu280・
化
工
学
报
第 65 卷
发展核电，尤其在工业发达国家[1-2]。在自然界中， 胶体主要以粒子状态存在，粒径在 1～1000 nm 之 间，分为有机胶体、无机胶体与生物胶体，能对放 射性核素进行吸附迁移[3]。在地浸采铀中，由于矿 岩含有丰富的 Al、Fe、Si 等成分，注入溶浸剂后， 在一定的温度、 pH 值与压力作用下， 溶浸剂与矿岩 发生反应，形成胶体，迁移到溶浸液中，造成化学 阻塞[4]。迁移过程可表示为溶解-迁移-沉积-再溶解 的循环过程，并随浸出液向抽液孔迁移发展[5]。在 我国北方某地浸采铀矿山，加入浸矿剂后，浸矿剂 与矿岩发生反应，生成大量白色胶体状物，对矿层 造 成 了 严 重阻 塞 ， 分 析此 白 色 胶 体状 物 中 含 有 Al(OH)3 胶体具有吸附性[6]， 能对 Zn、 Al(OH)3 成分。 [7] Cr、Pb、Cu、Cd 等重金属进行吸附 。此外，在铀 矿开采过程中，由于铀矿山废液的排放，废水中的 铀会对环境造成污染，可通过各种途径进入人体并 对人体造成危害。探索利用 Al(OH)3 胶体的吸附性 对废水中铀的处理性能，不仅可减少污染，而且还 可以进行回收利用[8-9]。 本文主要采用硝酸铝与氨水为原料制备 并用在 pH = 6 条件下制备所得的 Al(OH)3 Al(OH)3， 对铀进行吸附实验研究，考察了 Al(OH)3 胶体的形 成条件与形成量，分析了 pH 值、初始浓度及吸附 时间等对 Al(OH)3 吸附铀的影响，探讨用 Al(OH)3 胶体对铀进行吸附的可能性。使用准一级、Elovich 与复合二级动力学方程对实验数据进行处理，描述 吸 附 所 反 映 的 动 力 学 行 为 ， 使 用 Freundlich 与 Langmuir 等温吸附方程拟合 Al(OH)3 对铀的吸附 过程。
第 65 卷 第 4 期 2014 年 4 月
化 工 学 报 CIESC Journal
Vol.65 No.4 April 2014 ・1279 ・
Al(OH)3 胶体的制备及其对铀的吸附机理
张琪 1,2，王清良 1，李乾 1，胡鄂明 1，张洪灿 1，杨敬 1
（1 南华大学核资源工程学院，湖南 衡阳 421001；2 贵州省纳雍县水东中学，贵州 纳雍 553308） 摘要 ：为了研究在地浸采铀中胶体对矿层的阻塞及对铀酰离子吸附迁移影响，采用硝酸铝与氨水为原料制备 Al(OH)3，并用在 pH = 6 条件下制备所得的 Al(OH)3 对铀进行吸附实验研究，考察了吸附的 pH 值、初始浓度及吸 附时间等对 Al(OH)3 吸附铀的影响。对实验数据使用准一级、复合二级与 Elovich 动力学模型进行计算与分析， 得出 Elovich 动力学方程更适合描述 Al(OH)3 对铀吸附，吸附主要是表面吸附；使用 Freundlich 与 Langmuir 等温 吸附方程对实验数据进行拟合，结果表明 Langmuir 模型更适合描述 Al(OH)3 对铀酰离子的吸附；对吸附前、后的 Al(OH)3 进行 SEM 与激光粒度分析。 关键词：Al(OH)3；制备；铀；吸附；动力学；等温线 DOI：10.3969/j.issn.0438-1157.2014.04.018 中图分类号：TD 868 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2014）04—1279—08
Abstract：In order to study the effect of colloidal seam blocking and adsorption and migration of uranyl ions in situ leaching of uranium, aluminum nitrate and ammonia hydrate were used as the starting materials for preparation of Al(OH)3, and that prepared at pH = 6 was used to adsorb U(Ⅵ) from the solution. The effects of pH value, initial uranium concentration, and contact time on the adsorption were investigated. The pseudo-first-order, composite-second-order and Elovich dynamic models were used to analyze the adsorption data. Freundlich and Langmuir adsorption isotherm models were applied to experimental equilibrium data. The properties of Al(OH)3 were determined by SEM and laser particle size analyzer. The adsorption kinetic parameters obtained shows that the Elovich dynamic model describes the adsorption of uranium on Al(OH)3 colloids well, so the adsorption appears on external surface. The equilibrium data agree well with the Langmuir model. Key words：Al(OH)3; preparation; uranium; adsorption; kinetics; isotherm
1—glassware; 2—deionized water; 3—clip; 4—Al(OH)3 colloids; 5—semi-permeable membrane
加入 Al(OH)3 时 pH 变化对溶液中铀浓度的影 响实验：在无吸附剂实验条件的基础上加入 0.1 g 已在 pH = 6 条件下制备好 Al(OH)3，置于恒温 25℃ ± 0.5℃的恒温摇床中振荡 10 h 后，用离心 管取 10 ml 离心分离，离心机转速设置为 8000 r・min1，离心时间为 10 min，离心结束后取上清 液分析铀浓度。 1.2.4 Al(OH)3 对铀的吸附动力学实验 取 12 个 250 ml 的三角瓶，加入 100 ml 浓度为 25 mg・L1、 pH=5 的铀溶液，加入 0.1 g pH = 6 条件下制备所得 置于恒温摇床中振荡， 的 Al(OH)3 的固体研磨粉末， 摇床温度设置为 25℃ ± 0.5℃，于 0.5～12 h 内取 样离心分离，离心机转速调节为 8000 r・min1，离 心时间为 10 min，取离心管中上清液分析铀浓度。 1.2.5 Al(OH)3 对铀的吸附等温线实验 取 6 个 250 ml 容量瓶，编号为 1～6，分别加入 1、2、5、10、 25、50 mg・L1 铀溶液各 100 ml，用 NaOH 和 HCl 调节其 pH 为 5，各加入 0.1 g pH = 6 条件下制备所 得的 Al(OH)3 的固体研磨粉末，置于恒温摇床中振 荡，摇床温度设置为 25℃ ± 0.5℃，8 h 后取样离 心分离，离心机转速调节为 8000 r・min1，离心时 间为 10 min，取离心管中上清液分析铀浓度。 1.2.6 铀分析方法 铀分析方法采用三氯化钛还原 钒酸铵滴定法。