摘 要

放射性核素对人类以及其他生物都具有强烈的毒性，所以对含核素废水的处理一直以来都是在废水处理领域里一个重要的研究方向。海水中的铀资源非常庞大，将铀从海洋中提取出来加以利用也是目前能源研究的重点方向一。

本研究采用富碱贫水法制备磁性纳米材料Fe₃O₄，通过Stöber法进一步包覆二氧化硅，利用硅烷偶联剂接入氨基后再进行氰基化和偕胺肟化，合成Fe₃O₄@SiO₂@NH-AO改性磁性纳米粒子。对合成的改性磁性纳米粒子进行傅里叶红外光谱分析，结果表明偕胺肟基成功接入到磁性粒子表面。X射线衍射结果表明合成的改性磁性材料具有与四氧化三铁纳米粒子同样的晶形。SEM图中合成的二氧化硅包裹的四氧化三铁粒径均一分散，尺寸大约在200nm。

将合成在改性磁性纳米材料用于吸附含铀酰离子的溶液，吸附实验数据表明最适合的吸附条件为：pH值为4，Fe₃O₄@SiO₂@NH-AO的投加量为 1.5 g/L，吸附平衡时间为 300 min。在不同pH值下，铀的存在形态不同会影响铀与改性磁性纳米粒子的吸附行为。计算得到吸附剂对铀的理论最大吸附量为0.25mmol/g。吸附动力学行与拟二级动力学模型拟合，吸附等温线用Freundlich模型解释更适合。物理吸附对Fe₃O₄@SiO₂@NH-AO吸附UO₂² 具有协助作用。

关键词：磁性纳米粒子、吸附、铀、偕胺肟

Abstract

Radionuclides are highly toxic to human beings and other organisms, so the treatment of wastewater containing radionuclides has always been an important research direction in the field of wastewater treatment. The uranium resources in seawater are very large, so extracting uranium from the sea is also the focus of energy research.

In this study, the magnetic nanomaterials Fe₃O₄ were prepared by alkali rich and poor water method. Silica was further coated by stober method，and then the magnetic chelating agent of Fe₃O₄@SiO₂@NH-AO was synthesized by cyaniation and amidoximation after silane coupling agent was added into the amino group. Fourier transform infrared spectroscopy was performed on the synthesized magnetic chelating agent，and the results showed that amidoxime group was successfully applied to the surface of magnetic particle . The X-ray diffraction results show that the synthesized magnetic chelating agent has the same crystal shape as Fe₃O₄ nanoparticles. The size of Fe₃O₄ coated by silica in sem diagram is uniform and the size is about 200 nm.

The synthesized magnetic chelating agent material was used to adsorb uranyl ion in solution. The adsorption experimental results show that the optimum adsorption conditions are as follows: pH=4、 the dosage of Fe₃O₄@SiO₂@NH-AO =1.5g/L, and the adsorption equilibrium time is 300 min. At different ph values, different forms of uranium affect the adsorption behavior of uranium with magnetic chelating agents. The theoretical maximum adsorption capacity of the adsorbent to uranium was calculated to be 0.25 mmol/g. The adsorption kinetic line is fitted to the pseudo-second-order kinetic model, and the adsorption isotherm is more suitable to be explained by the freundlich model. Physical adsorption can assist Fe₃O₄@SiO₂@NH-AO to adsorb UO₂² .

Key words: Magnetic nanoparticles, adsorption, uranium, amineoxime

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1铀概况 1

1.1.1铀资源现状 1

1.1.2铀污染及其危害 1

1.2铀的吸附 2

1.2.1提取铀的方法 2

1.2.2海水中提铀的材料 4

1.2.3偕胺肟基材料吸附铀现状 5

1.2.4磁分离技术 8

1.3本课题研究内容 9

1.4本课题研究意义 9

1.5研究技术路线 10

第2章 Fe₃O₄@SiO₂@NH-AO微球的制备及表征 11

2.1引言 11

2.2仪器设备 11

2.3实验试剂 11

2.4吸附剂的制备 12

2.4.1四氧化三铁磁性纳米粒子(MNP)的制备 12

2.4.2表面包覆SiO₂ 13

2.4.3氨基功能化Fe₃O₄@SiO₂复合粒子 13

2.4.4偕胺肟功能化 13

2.5材料表征 14

2.5.1红外光谱测试（FT-IR） 14

2.5.2 X射线衍射测试（XRD） 14

2.5.3.扫描电子显微镜测试（SEM） 14

第3章 铀吸附实验结果与讨论 16

3.1吸附实验 16

3.1.1溶剂的制备 16

3.1.2吸附实验步骤 16

3.1.3测定实验步骤 16

3.2实验数据处理 16

3.3结果与讨论 17

3.3.1材料表征 17

3.3.2投加量对吸附铀的影响 19

3.3.3吸附动力学 20

3.3.4 初始浓度对吸附效果的影响以及吸附等温线 26

3.3.5反应温度对吸附铀的影响 31

3.3.6 pH值对吸附铀的影响 31

3.3.7机理分析 33

3.4本章小结 35

第4章 结论与建议 36

4.1主要结论 36

4.2建议 36

参考文献 38

致谢 42

第1章 绪论

1.1铀概况

1.1.1铀资源现状

天然铀广泛分布在自然界中，并且随着越来越多的开采，环境中的铀水平不断升高^[1]。根 据 WISE （World Information Service on Energy）的统计资料显示，截止到2012年的世界总查明的铀资源如下^[2]。

表1.1 世界铀资源概况

世界上的铀资源中我国的铀资源量仅其的很小部分，需要加大力度对有资源的绿色开发和循环利用^[3]。