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[硕士论文] 郭祎祎
生物物理学 大连海事大学 2018(学位年度)
摘要:辐射生物物理模型是利用数学物理的分析方法研究辐射生物学效应的重要手段之一,也是评估辐射损伤的重要工具之一。传统的辐射生物物理模型包括靶模型、线性平方模型、以及动力学模型等。其中,动力学模型作为一种机制性的模型常被用于定量地研究辐射生物学效应,然而常见的动力学模型存在一系列的问题,如未考虑修复/错误修复/未修复的复杂生物学机制等。因此,本研究利用一阶动力学等数学手段,基于辐射损伤修复的生物学过程建立了一种辐射诱导细胞DNA损伤的动力学模型。
  本研究分别在简化条件和一般条件下对模型进行了讨论,得到了解析解和数值解,并把所得解与实验数据进行拟合比较。本研究选取了不同剂量率的X射线辐射下不同细胞系的剂量-存活数据。这些数据是被广泛认可的且具有一定代表性。应用OriginPro8.0软件进行数据拟合与分析,通过校正决定系数(Adj.R2),残差平方和自由度比(RSS/df)和卡方自由度比(x2/df)进行数据拟合以及对比分析。研究结果表明,本研究提出的模型略优于经典模型,具有很好的适用性。本研究还将模型应用到研究重离子辐射的生物学效应中,计算了不同传能线密度条件下碳离子的相对生物学效应与辐射作用截面。结果发现,相对生物学效应随着传能线密度的增大而增大,当传能线密度在100keV/μm~300keV/μm之间时达到最大值,而后随着传能线密度的增大而减小;辐射作用截面随着传能线密度的增大而增大,当传能线密度大于100keV/μm时到达坪区。本研究所得结论与前期的研究结果相一致,这也说明了本研究提出的辐射诱导细胞损伤动力学模型具有较为广泛的适用性。
[硕士论文] 冯耀宗
公共卫生 苏州大学 2017(学位年度)
摘要:目的:
  本文主要是对长期从事放射工作人员的甲状腺功能进行研究,通过分析从而确定从业人员甲状腺FT3、FT4和TSH水平的影响因素,为完善相关国家标准和行业标准提供依据。
  方法:
  本次研究是以苏州部分医院(园区3家,市区1家,新区2家)在职放射医护人员495人为射线组,并且以同一时期检查健康状况非放射从业人员的健康成人732人为对照组。通过免疫化学发光法对射线组与对照组人员进行血清中游离三碘甲状腺原氨酸(FT3)、游离甲状腺素(FT4)和促甲状腺素(TSH)测定,并进行统计学分析。
  结果:
  根据测定结果显示,两组人员甲状腺功能均处于正常水平。从事放射工作的工作人员血清中FT3水平较非从事放射工作的人员低(t=22.245,P<0.05)。在显示结果当中,对照组女性血清中FT3水平较男性低(t=6.821, P<0.05),FT4和TSH水平显示结果与男性并无明显的差异;从事放射工作人员分析结果显示,女性放射医护人员除血清中FT3水平较男性低(t=6.479,P<0.05)以外,FT4水平略低于男性(t=4.547,P<0.05) TSH水平高于男性(t=2.762, P<0.05);与此同时,为了进一步明确分析结果,在测定、分析的过程中充分的考虑了甲状腺激素与年龄的关系,通过研究结果表明,血清当中的FT3与年龄之间为负相关,相关系数为-0.210(P<0.05);而血清FT3及TSH水平研究结果显示与年龄之间并无任何相关因素。
  结论:
  通过具体的分析,最终得出的结论是长期从事放射工作的从业人员会受到电离辐射的一定影响,逐渐抑制从业人员的甲状腺功能,其中甲状腺FT?有降低的现象,从而可以在健康检查项目当中加入甲状腺FT3,FT4,TSH的检验,为进一步完善相关国家标准及行业标准,为放射科从业人员的健康提供依据与防护措施。
[硕士论文] 邹洪斌
化学工程与技术 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:核工业的发展给环境带来了严重的铀污染问题。吸附技术用于处理放射性污染具有简单有效、成本低、二次污染小的优点。磁性壳聚糖复合材料是一种新型材料,它对水溶液中多种有毒污染物良好的吸附性能。该材料吸附速度快、效率高;能有效去除多种污染物,而且它们很容易回收和再利用,是一种更为绿色环保的放射性核素吸附材料。但壳聚糖的水溶性不佳、化学稳定性差、吸附性能有待提高,需要对它进行改性才能更好用于实际应用。
  本文研究了二乙基三胺五乙酸功能化的磁性壳聚糖纳米颗粒(DTPA-MCS)的合成方法及其对铀的吸附性能。FT-IR结果表明改性后DTPA-MCS胺基和羧基大幅增加。批量吸附实验结果表明DTPA-MCS对UO22+的吸附与溶液的酸度有关,吸附动力学遵循准二级模型,吸附等温线符合Langmuir模型,吸附后铀分布均匀在DTPA-MCS表面。在298K和pH5.0下的最大吸附容量为157.1mg/g。吸附热力学表明吸附反应是吸热且自发的。离子强度结果表明铀的吸附主要通过内配位络合作用。吸附UO22+的DTPA-MCS可以很容易通过磁体从水溶液中快速分离并且在0.40M硫脲-0.20M HNO3作用下有效再生。
  利用三聚磷酸钠交联,在水相体系中原位制备氨基化改性磁性壳聚糖树脂(TETA-MCR)并研究了它对UO22+的吸附性能。批量吸附实验结果表明在pH5.0,298K条件下最大吸附容量达166.6mg/g。吸附动力学符合准二级模型,为反应控制。吸附等温线符合Langmuir模型,通过对比吸附前后的FT-IR结果表明,TETA-MCS中的胺基是UO22+主要吸附位。TETA-MCR对UO22+吸附容量随温度升高而增加,吸附为吸热自发过程。TETA-MCS对UO22+有较高的吸附容量,且易于磁分离,在0.1M HNO3-0.1M EDTA中脱附,脱附率达92.3%,是一种用于UO22+分离的新型吸附剂。
  原位制备TPP交联壳聚糖/纳米Fe0复合膜(CS-Fe)用于处理含铀的放射性废水。膜比表面积为46.5m2/g,孔容为0.15cm3/g,FeNPs含量约为32%。CS-Fe膜对UO22+吸附动力学符合准二级模型,表明化学吸附为控速步骤。UO22+的吸附容量随着pH的增加而逐渐增加,在pH5.0-5.5达到最大值208.8mg/g。TPP/CS质量比0.1/1时CS-Fe膜吸附效果最佳。CS-Fe膜对UO22+的吸附等温线符合Langmuir模型,通过含N/O基团(氨基、磷酸基和羟基)络合和FeNPs的还原共同作用吸附UO22+。脱附实验表明0.5M HNO3可以解吸97.5%的UO22+离子。
[硕士论文] 曾云嵘
水利工程 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:为解决江西某铀尾矿库渗漏地下水中锰污染问题,本文采用溶胶凝胶法制备石英砂负载羟基磷灰石作为PRB去除水中锰的介质材料,开展了PRB技术处理铀尾矿库渗漏地下水中锰的效果研究。通过静态试验,研究了复合材料粒径、投加量、水的pH值、反应时间、锰的初始浓度和铀(Ⅵ)的浓度等因素对去除水中锰(Ⅱ)的效果影响,从而确定最佳的试验条件,最后通过吸附等温线研究和吸附动力学研究对吸附材料吸附锰(Ⅱ)的吸附机理进行探讨。通过动态柱试验,研究了复合材料粒径、水力负荷、锰的初始浓度、铀(Ⅵ)的浓度等因素对去除水中锰的效果影响,并利用Thomas和Yoon-Nelson模型进行拟合分析。通过研究,获得了以下主要成果和认识:
  (1)静态试验结果表明,当复合材料粒径分别为0.15-0.30mm、0.30-0.60mm、0.60-1.18mm,水的pH值为5.0,反应时间为240min,锰的初始浓度为5mg/L,复合材料投加量分别为0.5g(10g/L)、0.6g(12g/L)、1.5g(30g/L)时,锰的去除率分别达到96.33%、93.90%和97.45%,对应的最大吸附量分别为0.482mg/g、0.382mg/g、0.159mg/g,吸附过程符合Langmuir等温吸附模型、Freundlich等温吸附模型以及准二级动力学模型。铀浓度对复合材料吸附锰的过程存在一定的干扰,并与复合材料粒径存在一定的关系。
  (2)PRB动态柱试验结果表明,保持其他条件一定的情况下,复合材料粒径越小,其对水中锰的去除能力越强,当复合材料粒径为0.15-0.30mm,锰的初始浓度为5mg/L,水力负荷为13.75m3/m2·d,水的pH值为5.0时,复合材料对锰的最大吸附量为1.51mg/g,PRB动态柱对水中锰的去除率达到79.74%。石英砂负载羟基磷灰石在PRB中对水中锰具有非常好的去除效果。铀的存在对PRB动态柱去除水中锰的过程存在较大的干扰,当PRB对锰的吸附能力达到饱和时,对铀的去除能力依然能够达到100%。Thomas模型和Yoon-Nelson模型能够很好的描述石英砂负载羟基磷灰石对 PRB动态柱吸附锰的行为,这为石英砂负载羟基磷灰石的实际应用提供可靠的设计参数资料。
  (3)石英砂负载羟基磷灰石复合材料作为PRB介质材料能够很好的处理含铀的锰污染地下水,对铀尾矿库渗漏地下水中锰的治理修复极具前景。
[硕士论文] 吴瀛灏
水利工程 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文以南方某尾矿库周边土壤为研究对象,通过实验测定研究区周边土壤pH值、含水量、有机质、CEC等理化性质,通过静态吸附实验,考察了初始pH、初始铀浓度、吸附时间及有机质等因素对土壤吸附铀的影响,通过动态迁移实验,考察了不同淋滤量及pH值下铀在土壤中迁移转化及形态分布特征,并通过对实验数据拟合探讨土壤吸附铀的机理。主要结论如下:
  (1)研究区土壤样品pH为4.63,呈酸性;含水率为1.39%,含水率偏高;有机质含量为46.98g/kg;阳离子交换量(CEC)为46.98cmol/kg;总铀的含量为3.21μg/g,属于铀污染土壤。
  (2)静态吸附实验研究表明:初始pH、初始铀浓度、吸附时间、有机质、磷酸盐、土壤粒径这几种因素对土壤吸附铀的影响极其显著;重金属离子中Cu、Cd、Pb、Zn抑制土壤对铀的吸附,K基本不影响土壤对铀的吸附;在常温下,温度对土壤吸附铀的能力没有显著的影响。在吸附温度为25℃条件下,100目的土壤样品0.5g,在初始pH为5.0,吸附时间达8h以上,初始铀浓度为10mg/L的条件下,吸附率达到最大值,吸附率为96.36%,吸附量为0.1927mg/g。
  (3)动态迁移实验研究表明:经不同淋滤量及不同pH淋滤液淋滤后,淋滤量与pH的不同使铀在土壤中迁移不同的距离,铀在土壤中的形态分布规律为残渣态>无定型铁锰氧化物/氢氧化物结合态>碳酸盐结合态>有机质结合态>可交换态(包括水溶态)>晶质铁锰氧化物/氢氧化物结合态,且土壤中残渣态铀及无定型铁锰氧化物/氢氧化物结合态铀均略高于原土壤,晶质铁锰氧化物/氢氧化物结合态铀含量占比均为最小,其余三种形态铀分布不均。
  (4)吸附机理分析研究表明:土壤样品吸附前后结构保持相对完整,土壤表面形貌特征发生一定变化,土壤表面存在着大量的C-N、C-O、C-H等带有负电荷的官能团,增强土壤对铀酰离子的静电吸附能力。土壤对铀的吸附过程以单分子层吸附为主,多分子层吸附、物理吸附和化学吸附并存,以Langmuir等温吸附模型(R2=0.9954)、准二级吸附动力学模型(R2=0.9977)来描述其吸附过程较为合适,且该吸附过程为放热过程可自发进行。
[硕士论文] 邹义冬
核科学与技术 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:水滑石粘土矿物(LDHs)因其具有优越的热稳定性、独特的“记忆效应”、可交换的层间阴离子及开放的多孔结构而被广泛应用于纳米催化、能源存储、环境修复及传感等领域,特别是在环境修复领域因其天然存在、清洁廉价等特征应用于有机染料、重金属离子及放射性污染物的去除与降解。但由于粘土矿物耐酸性差、表面含氧官能团种类少等瓶颈制约了其在污染物处理中的应用,为此,本论文从设计、组装富含多种官能团的高耐酸性水滑石功能材料出发,先后制备了甘油改性的棒状钙/铝水滑石(Ca/Al LDH-Gl)和絮状镍/铝水滑石(Ni/Al LDH-Gl)、棒状三元钙-镁-铝系列水滑石(Ca-Mg-Al-LDH)及其衍生物(Ca-Mg-Al-LDOx)和石墨类氮化碳复合水滑石材料(g-C3N4@Ni-Mg-Al-LDH),拟克服LDHs在放射性核素修复中的应用瓶颈。采用不同的表征技术(如SEM、TEM、元素Mapping、BET、EDS、FT-IR、XRD和XPS等)分别解析功能化后LDHs的理化性质和微观结构;借助先进的EXAFS技术和DFT理论计算探索了LDHs对溶液中U(VI)的去除机制和反应机理,以批量吸附实验为手段,系统模拟不同环境条件下(如固液比、pH、离子强度、接触时间、温度和C[CO32-]等)U(VI)的吸附行为和去除效果。
  采用一步水热合成技术制备Ca/Al LDH-Gl和Ni/Al LDH-Gl,其表面具有丰富的含氧官能团(如C-O、O-C=O和C=O),提供了足够的活性位点和反应界面。由Sips等温模型可知在298.15K时Ca/Al LDH-Gl对U(VI)的饱和吸附容量达266.5mg·g-1,显著高于Ni/Al LDH-Gl(142.3mg·g-1),主要由于Ca/Al LDH-Gl表面具有更多的含氧官能团和高活性“Ca-O”键。EXAFS结果证明吸附过程中稳定的铀酰内层络合物的形成是由于化学吸附而不是还原反应,体系中的铀未从 U(VI)转变为U(IV)。DFT计算表明Ca/Al LDH-Gl和Ni/Al LDH-Gl对U(VI)的吸附主要通过氢键和静电相互作用结合。在较低C[CO32-]浓度下(C[CO32-]<0.04mol·L-1),Ca/Al LDH-Gl对其依赖性较高,即实际修复应用中应避免CO32-的参与。
  通过水热合成与高温煅烧技术制备棒状Ca-Mg-Al-LDH和Ca-Mg-Al-LDDx(x:200、300、400、500和600℃),不同吸附剂对U(VI)的去除能力可通过改变煅烧温度进行调控,不同材料对 U(VI)的单分子层饱和吸附容量顺序为:Ca-Mg-Al-LDO500(486.8mg·g-1)>Ca-Mg-Al-LDO600(373.4mg·g-1)>Ca-Mg-Al-LDO400(292.5mg·g-1)>Ca-Mg-Al-LDO300(260.0mg·g-1)>Ca-Mg-Al-LDO200(223.5mg·g-1)>Ca-Mg-Al-LDH(132.5mg·g-1)。其主要由于煅烧后的Ca-Mg-Al-LDDx具有独特的“记忆效应”、纳米“尺寸效应”和不同含量的金属-含氧键(Ca-O、Al-O和Mg-O),动力学和热力学研究表明吸附过程属于化学吸附且为自发、吸热过程。
  借助两步水热聚合和一步高温煅烧技术制备网格状g-C3N4@Ni-Mg-Al-LDH复合材料,复合前后对比发现:g-C3N4@Ni-Mg-Al-LDH(99.7mg·g-1)对U(VI)的最大吸附容量约为单体Ni-Mg-Al-LDH(59.8mg·g-1)的1.5倍,约为单体g-C3N4(31.1mg·g-1)的3.0倍,表明复合后的材料因不同官能团的协同作用提高了对铀酰离子的络合能力。在整个pH范围内(2.0  本文分别从宏观、微观和分子水平等角度对LDHs复合材料吸附U(VI)的环境行为和作用机理进行了探讨和分析,合成的系列LDHs功能材料有望应用于放射性核素的分离与富集,为功能复合材料的制备和污染物修复提供参考依据。
[硕士论文] 陈荣跃
化学工程 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:核工业的发展促进了人类社会的巨大进步,与此同时也产生了大量的核废料六价铀,对人类健康和生态环境带来极大的危害,是人类迫切需要解决的重大环境问题。本论文研究光催化还原技术还原去除六价铀污染。
  本论文研究了硼掺杂g-C3N4和石墨烯型碳材料-碳纳米笼作为半导体光催化还原六价铀污染,我们以硼酸和硫脲为前驱体,通过热聚合法,一步制备硼掺杂g-C3N4光催化材料;以苯为前驱物,通过化学气相沉积法,制备得到石墨烯型碳纳米笼光催化。论文中,我们研究了硼的掺杂形态和含量对g-C3N4基光催化材料的可见光的吸收、价带和导带电位、光电子迁移和利用效率的影响,于此同时,我们也研究了碳纳米笼制备温度对碳纳米笼光学性质、电学性质以及电子结构的影响,确定硼掺杂g-C3N4和碳纳米笼光催化材料表面电子结构与光催化还原六价铀性能之间的定性、定量关系,揭示了光催化机理,为新型高效光催化还原去除六价铀催化剂的设计与开发提供依据。
[硕士论文] 张寒雪
化学 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:铀是核能的主要来源,也是最有毒的一种重金属。因此,从废水中去除和富集铀十分必要。近年来石墨烯基材料因其大的比表面积和对环境中的污染物表现出优良的吸附性能而受到广泛关注。其中三维石墨烯基材料又具有多孔和易于回收的优点,在吸附领域具有潜在的应用。本文以氧化石墨烯(GO)为前驱体,通过水热法和冷冻干燥法分别制备出具有三维立体结构的 L-精氨酸(L-Arginine)改性氧化石墨烯海绵(L-Ar-GOS)、磺酸化杯[4]芳烃改性氧化石墨烯海绵(S-GOS)和二乙烯三胺五乙酸(DTPA)改性氧化石墨烯海绵(D-GOS)。采用SEM、XRD、FT-IR和 XPS等分析手段对其进行分析,并探究其对铀(VI)的吸附性能,具体研究内容如下:
  (1)L-Ar-GOS具有交联的分层多孔结构,在水热过程中GO和L-Arginine发生了交联反应。L-Ar-GOS对铀(VI)的吸附受pH影响很大,但不受离子强度的影响,吸附的最佳pH为5.0;吸附平衡时间为9h;吸附过程可用准二级动力学方程来描述,即其对铀(VI)的吸附受化学作用控制;吸附行为符合Langmuir吸附等温模型,单分子层吸附量为238.66mg·g-1。吸附热力学函数值表明,铀(VI)的吸附是吸热的和自发的。吸附/解吸循环的实验结果表明,L-Ar-GOS具有较好的再生、可重复使用性。另外,L-Ar-GOS对铀的选择性优于GO。
  (2)S-GOS也同样具有三维互连分层多孔结构,在自主装形成三维石墨烯结构的过程中,磺酸化杯[4]芳烃起交联剂的作用。S-GOS对铀(VI)的吸附性能受溶液的初始pH值,吸附时间、铀初始浓度和离子强度等因素的影响。吸附铀(VI)的最佳pH为6.0,在180min内即可达到吸附平衡。对铀(VI)的吸附更适合用准二级动力学和Langmuir等温模型来描述,吸附过程受化学作用主导,对铀(VI)的单层吸附容量为257.07mg·g-1。另外,吸附热力学结果表明,S-GOS对铀(VI)的吸附是吸热和自发的过程。S-GOS具有良好的再生-可重复使用性,用1.0mol·L-1 HCl溶液可把大部分铀(VI)从中解吸出来,吸附/解吸循环五次后,对铀的吸附量仅下降13%。
  (3)D-GOS的结构同L-Ar-GOS和S-GOS有差异,它具有相对有序的三维层状结构。这可能是因为制备D-GOS时水热反应是在碱性条件下进行的。其对铀(VI)的吸附性能受溶液的初始pH值、吸附时间、铀初始浓度和温度等因素的影响,不受离子强度的影响。在pH=6时,其对铀(VI)的吸附量最大,为312.1mg·g-1。吸附240 min即可达到吸附平衡。吸附动力学结果表明,准二级动力学方程能更准确地描述其对铀(VI)的吸附过程。吸附行为更符合Langmuir等温模型,D-GOS对铀(VI)的单层吸附量为418.4mg·g-1,远高于GO(192.68mg·g-1)。热力学研究表明,D-GOS对铀(VI)的吸附是吸热和自发的过程。另外,D-GOS具有良好的再生和可重复使用性。
[硕士论文] 徐军
化学 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:高放废液(HLLW)的处理处置是核燃料循环中的关键环节之一,也是一个世界性的难题,对核电的可持续发展具有重要意义。HLLW中含有大量放射性核素,其中,90Sr虽半衰期短,但衰变过程中会释放大量热,是影响固化体安全处置最危险的元素之一。若能将其分离,不但能减少固化体的体积、缩短冷却时间和储存年限,还能简化地质处置工艺、节约成本。因此,如何安全高效的分离HLLW中的Sr(II)成为核废物处理领域富有挑战的课题之一。本文以氧化石墨烯为基体,通过化学接枝技术,将18-冠-6功能化至石墨烯的表面,研究其吸附Sr(Ⅱ)性能。主要内容如下:
  (1)采用硝化和氨化反应,成功将氨基功能化至苯并18-冠-6和二苯并18-冠-6的苯环上,并采用FT-IR和ESI-MS表征其分子结构。以氧化石墨烯为基体,采用羧基和氨基的缩合反应,将18-冠-6接枝到石墨烯的表面,成功制备两种18-冠-6功能化石墨烯。以18-冠-6的接枝量为指标,优化18-冠-6的用量和反应时间,并采用SEM、TEM、Raman和元素分析等手段表征了18-冠-6功能化石墨烯表面物理化学性质,苯并18-冠-6功能化石墨烯(AB18C6/GO)和二苯并-18-冠-6功能化石墨烯(DADB18/GO)中18-冠-6的接枝量分别达到2.12mmol/g和3.11mmol/g,功能化后石墨烯仍保持良好的片状结构。
  (2)系统研究了硝酸浓度、反应时间、Sr(Ⅱ)的初始浓度、温度、吸附剂用量和共存阳离子对AB18C6/GO和DADB18/GO吸附Sr(Ⅱ)性能的影响,并探讨了其吸附动力学、热力学和等温吸附模型。AB18C6/GO和DADB18/GO对Sr(Ⅱ)的最佳吸附酸度分别为3.0mol/L和4.0mol/L,吸附平衡时间分别为36h和48h,对Sr(Ⅱ)的饱和吸附容量分别高达243.12mg/g和534.76mg/g。吸附过程符合准第二动力学模型和Freundlich吸附模型,且化学结合能介于8~16kJ mol-1,即说明对Sr(II)为化学吸附;吸附热力学函数表明吸附过程是自发和吸热的。当Cu(II)、Cs(I)、Hg(II)、U(VI)、Na(I)、Ba(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)和La(III)共存时,AB18C6/GO和DADB18/GO对Sr(Ⅱ)具有较好的选择性吸附性能。
  本论文为我国高放废液中的释热元素Sr的处理提供了参考,并为HLLW中的其他元素的提取奠定了一定的基础。
[硕士论文] 向龙
地理学 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:相山铀矿区是我国迄今为止发现的最大规模火山岩型铀矿床,已有超过半个世纪铀矿石开采和选冶历史。铀矿区内有近10万人居住,除少量铀矿生产工作人员外,主要为农民,矿区主要农作物为水稻,水稻可以一年两熟。铀矿开采过程产生的大量尾矿和含矿废水没有得到有效处置,对矿区环境造成了较为严重的放射性铀污染。多年来的调查工作主要集中于地质成矿研究,极少量针对铀矿区开展放射性环境专项调查。相山铀矿区稻米放射性核素铀含量的研究报道较少。本研究重点对铀矿区稻米放射性核素铀进行调查,分析相山铀矿区稻米放射性核素铀含量及分布特征;探讨各亚区稻米铀含量成因分析,水稻土铀含量与稻米铀含量的关系;并利用单因子污染指数法对相山铀矿区稻米放射性核素铀污染进行全面评价;开展了稻米铀元素健康风险评价,对加强研究区粮食质量安全和保护公民身体健康具有重要意义,也为整个矿区环境治理工作提供基础数据参考。
  主要研究成果如下:
  (1)相山铀矿区129件样品稻米放射性核素铀含量平均值为1.39 ng·g-1,是含矿未采区稻米铀含量平均值的1.19倍,有51.16%的样品超标,已对矿区粮食安全构成威胁;正在采矿区和水冶厂区稻米铀含量平均值分别为1.69 ng·g-1和1.39 ng·g-1,分别是含矿未采区稻米铀含量平均值的1.44倍和.1.19倍,样品超标率分别为68.89%和50%,表明相山铀矿区稻米放射性核素铀含量超标样点主要集中于这两个亚区。4个亚区稻米铀含量平均值高低顺序为:正在采矿区(1.69 ng·g-1)>水冶厂区(1.39 ng·g-1)>含矿未采区(1.17 ng·g-1)>废弃矿井区(0.96 ng·g-1)。
  (2)水稻土铀含量呈现出表层至底层降低的规律,铀元素主要集中在水稻土表层,且主要受到外源影响,与水稻土下伏基岩铀含量关系不大。铀元素迁移富集的途径为“铀矿开采(铀矿尾矿渣)→地表水→水稻土”,从而造成了稻米铀元素含量特征。研究区水稻土铀含量与稻米铀含量关系复杂,受到矿石运输条件、露天尾矿堆放、水冶厂排水管道等因素的综合影响。正在采矿区水稻土铀含量与稻米铀含量可以构建拟合度较高的指数函数回归方程,稻米铀含量随水稻土铀含量的增加而增加。
  (3)整个研究区稻米样品单因子污染指数平均值为2.31,达到中度污染水平;未受污染、轻度污染、中度污染、重度污染的稻米样点分别占样品总数的14.73%、35.66%、27.90%和21.71%。4个亚区及对照区稻米铀污染单因子指数平均值高低顺序为:正在采矿区>水冶厂区>含矿未采区>废弃矿井区>对照区。正在采矿区和水冶厂区稻米单因子污染指数平均值均达到中度污染水平;含矿未采区和废弃矿井区稻米单因子污染指数平均值均达到轻度污染水平;对照区未污染。
  (4)计算提出江西省大米铀元素对成人和儿童健康风险的致癌风险斜率系数分别为1.04×103(d·kg)·mg-1,3.98×102(d·kg)·mg-1。各亚区成人和儿童食用稻米的CRi指数高低顺序均为:开采矿井区>水冶厂区>含矿未采区>废弃矿井区>对照区。评价表明研究区成人和儿童食用正在采矿区和水冶厂区的稻米具有一定的致癌风险,而食用含矿未采区、废弃矿井区及对照区的稻米均不存在致癌风险。
[硕士论文] 柯麟
化学 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:核工业为人类的现代经济带来了巨大的发展,与此同时也产生了大量的核废料;铀元素是主要的高化学毒性和高放射性核废料,对人类健康产生巨大危害。如何高效、绿色地去除铀的污染是人类迫切需要解决的重大环境问题。在论文研究工作中,我们以非金属半导体g-C3N4为光催化材料,在可见光激发下,利用光催化还原技术还原易迁移的六价铀至沉淀的四价铀,去除铀污染,回收铀资源。本论文发展g-C3N4合成技术,将硫、磷非金属元素引入g-C3N4结构中,拓展g-C3N4基光催化材料对可见光吸收范围,减小其禁带宽度,调节价带和导带电位,提高光生电子和空穴分离效率和有效利用率,促进光催化还原六价铀至四价铀性能。本论文研究内容主要如下:
  (1)g-C3N4结构中C-N具有很强的共价键,g-C3N4结构层与层间存在弱的范德华力,N具有较大的电负性,g-C3N4边缘存在的NH/NH2具有很强的氢键,氢键存在于共价碳氮体系会阻止电子的传导、降低载流子迁移率、减弱g-C3N4的阳光吸收。我们将电负性低的元素硫引入g-C3N4结构中,取代边缘NH/NH2基团。研究结果表明,将硫引入g-C3N4结构,可以得到类石墨烯结构的g-C3N4,将SC3N4光催化材料用于UO22+光催化还原反应,g-C3N4基光催化材料的活性有着显著的提高,在可见光照射下表观速率值达到0.16 min-1。机理研究表明,非金属掺杂改性后催化材料活性的提高主要归因于S替代了C3N4中部分的晶格N,禁带宽度的减小,提高了导带和价带能级以及光生电子的传输能力,同时有效地抑制光生载流子的复合几率,提高光催化反应的速率。
  (2)以铀的萃取剂磷酸三丁酯与尿素按一定比例均匀混合后在马弗炉里面540℃高温热处理2h,制备磷掺杂的g-C3N4基可见光光催化材料。通过调节磷酸三丁酯与尿素的质量比,合成磷含量不同的磷掺杂的C3N4。通过研究实验,发现催化还原铀酰离子活性最佳的可见光催化剂是PC3N4-3(掺杂8mL磷酸三丁酯)。最佳PC3N4光催化剂对UO22+光催化还原的活性有着显著的提高,在可见光照射下表观速率值达到0.11min-1。催化机理的探究,通过磷掺杂,拓宽g-C3N4基光催化材料对太阳管响应波长范围和光吸收强度,提高光生电子-空穴分离效率和利用效率,提高光催化还原UO22+的性能。这些都为新型可见光光催化还原UO22+催化材料的开发研究提供开发依据和理论参考。
[硕士论文] 陈竹争
环境科学与工程 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:酸法地浸采铀过程中,常采用硝酸铵为淋洗剂,致使硝酸盐进入到含矿含水层,造成地浸采矿退役后地下水环境硝酸盐的超标。微生物反硝化脱氮法因其效率高、成本低常被广泛应用于处理含氮废水。但反硝化细菌的作用条件一般为中性或偏碱性,酸性或偏酸性条件下的较为少见。
  本论文针对酸性矿山地下水中pH低、硝酸盐含量高等问题,采用选择性培养基,从新疆某铀矿山含矿含水层地下水样品中富集、分离和驯化耐酸性硝酸盐还原菌(Denitrifying Bacteria,DNB);采用稀释涂布和平板划线法纯化菌种;采用Biolog生理生化试验和16S rDNA基因序列分析鉴定所获得菌株(G16X-D),采用兼性厌氧液体培养法研究不同初始pH值、温度、碳源、C/N等因素对G16X-D生长和反硝化特性的影响,优化其反硝化培养条件;分析不同初始NO3--N浓度与G16X-D反硝化速率的动力学关系、考察重金属离子(Zn2+、Cd2+、U6+)对其去除NO3--N的影响。此外,在优化的环境条件下研究了该G16X-D对微生物浸铀浸出液中NO3--N去除的效果,为今后的应用提供理论依据。
  本文主要获得以下研究结果:
  通过富集分离与驯化,得到一株耐酸性反硝化细菌G16X-D,形态学观察、Biolog生理生化试验以及16S rDNA基因序列分析鉴定结果表明,菌株G16X-D属于铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)。
  影响因素试验结果表明,pH4.50的条件下,菌株G16X-D具有较高的反硝化能力,反硝化作用主要发生在对数生长期。菌株G16X-D优化的反硝化培养条件为:最适碳源为葡萄糖,C/N=3.0,温度为35℃,此条件下72h内初始NO3--N浓度为160mg·L-1的还原率达到92.74%,比生长速率μ=0.0472 h-1,最短倍增时间td=14.68h。菌株G16X-D的最适pH值为5.77~7.70。
  动力学研究表明,NO3--N浓度S=350.84mg·L-1时,其最大反硝化速率Vmax=2.99mg·L-1·h-1,半饱和常数Km=162.50mg·L-1,抑制常数Ki=757.47mg·L-1。
  Cd2+对菌株的反硝化作用具有抑制作用,浓度越高抑制性越强;U6+浓度在7.50mg·L-1以下时,促进反硝化作用的进行,大于7.50mg·L-1时,具有抑制作用;少量的锌离子有助于反硝化作用的进行,50mg·L-1以上则会有抑制作用;3种重金属离子对G16X-D的毒性大小顺序为Cd2+>U6+>Zn2+。
  在优化的反硝化培养条件下,以铀矿石微生物浸出液为试验原水样,未稀释的试验原水样对G16X-D的反硝化作用具有强烈的抑制性;G16X-D以1%接种于在初始NO3--N浓度分别为86.52mg·L-1和163.52mg·L-1的试验水样中,培养8d后,NO3--N去除率分别为64.4%和41.4%;试验废水中最佳接种量为7.5%时,初始浓度为160mg·L-1的NO3--N经96h去除率可达91.2%。G16X-D对pH4.50的偏酸性矿山废水中NO3--N的去除取得了良好的效果。
[硕士论文] 李松
化学 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:由于具有规则的孔道,大的比表面积,在一定范围可调的孔径以及优异的水热稳定性,常规SBA-15材料在催化、吸附、生物大分子负载等领域有着广泛的应用。但由于其孔道较长,孔径较小,粒径小,表面活性基团缺乏,制约了其进一步的应用。针对以上问题,本论文基于大孔SBA-15的制备,采取相应的化学改性手段,合成了一系列的复合材料,并采用SEM、TEM、FT-IR、XRD、N2吸附-脱附、VSM等方法表征了所制备材料的物理、化学性质。主要工作内容如下:
  (1)在常规合成方法的基础上,制备了大孔径的SBA-15(L-SBA-15)。发现扩孔后,SBA-15形貌发生了一定变化,孔径也由5.48增大至20.31nm。与常规SBA-15相比,L-SBA-15对铀(VI)的吸附性能差别不大。最佳pH值为6,准二级动力学模型与Langmuir等温式都能够对其吸附行为进行描述,说明该材料的吸附由化学作用主导,是一个自发、吸热的过程,单分子层饱和吸附容量由165.02mg/g略微降至157.48mg/g。不同离子浓度的NaCl存在时,材料对铀的吸附性能并未有明显变化。用0.1mol/L Na2CO3对铀进行解吸,脱附率可达92%,循环使用4次后,材料对铀的吸附能力依旧能够保持在一个较高的水平。
  (2)制备了磁性大孔SBA-15材料(M-SBA-15),发现磁性粒子的掺杂并未改变材料的原有结构。其吸附最佳pH值为6,平衡时间为6h,Langmuir等温式及准二级吸附动力学模型能够描述该吸附过程,化学作用力主导了吸附,单分子层饱和吸附容量为179.86mg/g。由热力学参数可知,吸附是吸热且自发的。在不同浓度的离子存在时,该材料依旧保持了良好的吸附性能,可重复使用性良好。
  (3)制备了氨基化磁性大孔SBA-15材料(NH2-M-SBA-15),并保留了材料原有的结构。发现最佳pH值为6,吸附在6h达到平衡,该过程符合Langmuir等温式及准二级吸附动力学模型,主要由化学作用控制,饱和吸附量提高至495.05mg/g,由ΔH和ΔG可知,该材料对铀的吸附是自发吸热的,且具有良好的抗干扰能力与可循环使用性。
  (4)制备了磷酸化大孔SBA-15材料(P-SBA-15),改性前后材料形貌结构没有明显变化。发现该材料的最佳pH值为6,15min即可达到吸附平衡,Langmuir等温式及准二级吸附动力学模型较好地描述了吸附过程,化学作用控制着吸附过程,其理论吸附量相对有了极大的提高,温度在一定程度可以促进它的吸附,且对铀吸附的专一性较好。
[硕士论文] 王帅
环境科学与工程 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文以乐安县某铀矿区农田土壤和农作物为研究对象,探讨并测定其重金属含量,采用改进的BCR四步提取法研究农田土壤中重金属的赋存形态以及课题组的一项发明专利即微量滴定法(专利号:CN203616300U)测定农田土壤和农作物中铀含量。运用数学统计与分析方法以及改进的内梅罗综合污染指数法、地累积指数法、潜在生态风险指数法等评价方法对农田土壤重金属污染现状进行分析和评价;依据我国粮食/农业行业限值标准分析农作物中重金属超标情况以及富集特征;确切的掌握该区域农田土壤重金属污染现状、来源、危害、赋存形态、生物有效性,评估其对区域生态环境和人体健康产生的风险,并为后续开展矿山治理与修复工作提供理论基础,保障当地农业可持续发展和居民健康生活具有重要的现实意义和应用价值。得出如下结论:
  (1)研究区农田土壤中Pb、Cd、Cr、Cu、U平均值分别为为179mg/kg、10.78mg/kg、120mg/kg、163mg/kg、18.25mg/kg,是全国土壤背景值的6.88倍、111倍、1.97倍、7.21倍、6.54倍,5种重金属均出现不同程度的累积,其中Cd累积最为显著,且污染最为严重。整体而言,农田土壤中Pb、Cd、Cr、Cu污染程度:山南矿区<水冶厂<尾矿坝,U污染程度:山南矿区<尾矿坝<水冶厂。
  (2)相关性分析、主成份分析、聚类分析结果显示,矿区农田土壤中Cd和U超标严重,U对区域农田土壤重金属污染来源起决定性作用;Pb、Cr、Cu具有相似的污染来源且受人为活动影响较大。
  (3)改进的BCR四步提取法表明,研究区农田土壤中Pb、Cd、Cr、Cu、U的赋存形态主要以残渣态为主,而弱酸提取态、可还原态、可氧化态含量即三者之和为生物有效态含量占总量的30%~40%,远低于农田土壤中残渣态含量。
  (4)评价结果表明,三个采样区农田土壤中Cd、Cu、U为强度至中度污染水平,Pb、Cr为轻度轻度污染水平,研究区属于重度污染水平。
  (5)总体而言,研究区采集的农作物中Pb、Cd、Cr、Cu、U含量均超出限值标准,其中Pb超标最严重,Cr次之,Cd、U、Cu轻微超标;大多数农作物均表现对U较高的富集特征。
[硕士论文] 雷珊
化学工程与技术 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:放射性核素可通过呼吸或伤口进入人体,其化学毒性严重威胁人体健康,使得核素促排成为药物化学方向的研究热点。目前这些促排药物仅仅是络合核素并加速其排出,而忽略了核素的内照射危害,其产生有害自由基损伤细胞并使其氧化,甚至导致癌症和基因突变。邻苯二酚类配体以其低毒、高效的特点在众多络合剂中脱颖而出,而富勒烯具有“自由基海绵”之称,能吸收大量自由基,因此本课题期望将性能优良的邻苯二酚类配体键合到富勒烯球上,合成出兼具络合与抗氧化性能的新型促排剂。主要工作分为两部分:
  (1)1,3-二羰基邻苯二酚类配体的合成及络合性能
  以2,3-二羟基苯甲酸和醇胺/二胺为原料,通过苄基保护、酰胺化等反应,合成出了两类共六种1,3-二羰基四齿邻苯二酚类配体,并表征了其结构。采用光谱滴定法测定其对铀酰离子、铜(II)离子和锌离子的络合能力,筛选出性能较好的邻苯二酚类配体用于富勒烯多加成衍生物的合成。结果表明,配体对铀酰离子的络合常数logβ121≥34.55,pUO2≥20.68,对铜(II)离子、锌离子的络合能力为pCu≥15.06、pZn≤8.13,说明配体能有效螯合铀酰离子且对金属离子有一定的选择性。
  (2)富勒烯邻苯二酚多加成衍生物的合成、络合及抗氧化性能
  以富勒烯[60]、一氯化碘及络合性能优良的苯甲酰胺中间体为原料,通过六氯富勒烯合成、脱苄基保护和C60Cl6氯原子取代三步反应,合成出了三种富勒烯邻苯二酚多加成衍生物,并表征了其结构。采用荧光光谱法测定其对模拟核素铈(III)离子的络合能力,采用改进DPPH?法测定抗氧化能力。结果表明,所合成的富勒烯衍生物具有良好的水溶性(>150mg/mL),对铈(III)离子具有螯合作用,条件稳定常数 logKSV≥5.30,同时至少吸收2.14eq. DPPH自由基。
[硕士论文] 黄志伟
化学 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:国内能源供给主要依靠高污染高排放的火力发电,近年来在全世界范围内都提倡的可持续发展,既要满足当代人的需求又不损害后代人满足其需求,故优化国内能源供给的结构迫在眉睫。核能作为清洁能源是应对能源危机的的不二选择,而中国目前拥有全球最大的民用核能发展计划,大力发展核电带来的环境问题也逐渐受到公众的关注。核能开发利用的诸多方面都涉及到放射性废水,妥善处理废液对核能的健康发展意义重大。
  本文中,壳聚糖和聚乙烯亚胺作为凝胶因子分别与氧化石墨烯复合,制成石墨烯基宏观结构,用于处理放射性废水。系统研究了溶液pH值、时间、初始浓度、离子强度等因素对吸附的影响。并基于FT-IR、EXAFS、XPS技术对吸附机理做了详细解释。主要结果如下:
  (1)成功制备氧化石墨烯-壳聚糖复合凝胶,用于分离富集U(VI)、Eu(Ⅲ)和Th(Ⅳ)。通过SEM、PXRD、FT-IR等表征手段证实氧化石墨烯和壳聚糖成功复合,机械性能良好。吸附结果表明材料对于U(Ⅵ)、Eu(Ⅲ)和Th(Ⅳ)在适宜条件下饱和吸附容量分别为384、220、136mg/g。机理研究表明是-COO-,-OH和-NH2官能团以内配位络合形式结合金属离子。该材料对镧系和锕系元素具有一定的选择性,海水提铀实验结果表明提取效率很高,具有很好的应用前景。
  (2)成功制备氧化石墨烯-聚乙烯亚胺复合凝胶,用于分离富集 U(Ⅵ)和Re(Ⅶ)。通过SEM、PXRD、FT-IR等表征手段证实氧化石墨烯和聚乙烯亚胺成功复合,机械性能良好。吸附结果表明材料对于U(Ⅵ)和Re(Ⅶ)在适宜条件下饱和吸附容量分别为629和458mg/g。机理研究表明在酸性条件吸附U(VI)下是-NH2,-OH和-COO-内配位络合模式主导,在碱性条件是铀的水解沉淀主导;吸附Re(Ⅶ)是阴离子交换机理主导。该材料对于铀具有一定的选择性,海水提铀实验结果表明提铀效率很高,对环境污染治理和核能的可持续发展有意义。
[硕士论文] 邓浩
材料科学与工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:磷钼酸铵(Ammonium molybdophosphate,AMP)是一种对137Cs有高选择性和极高离子交换容量的杂多酸铵盐,且具有良好的耐酸性和热稳定性能。但AMP因其是微晶状的颗粒(约为0.5-6μm),水力学性能极差,基本不能直接用于柱实验。本文针对上述问题,合成了多孔硅胶载体基质并复合AMP,获得到了复合无机离子交换剂(SM-AMP20,20wt% AMP);研究了SM-AMP20在模拟废液中对Cs+的静、动态吸附性能及其吸附行为;通过“吸附-脱附-吸附”循环过程,分析了SM-AMP20的再生性能;初探其在低水平放射性废液中对137Cs的吸附效果,为SM-AMP20的工程应用提供了实验数据支撑。
  以聚乙烯醇(PVA)和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,在酸性条件下,运用新型“高分子模板法”-“sequential annealing mechanism”合成了多孔硅胶载体基质,采用SEM-EDS、FTIR和BET等方法对载体基质的结构进行了表征。结果表明:PVA/TEOS复合载体基质的杂化过程形成了特定的网络与多孔结构,BET分析表明其比表面积可达到60.53m2/g。FTIR分析表明,TEOS水解反应生成的硅烷醇羟基与PVA的羟基发生dehydration,或TEOS与PVA直接发生transesterification生成了Si-O-C共价键。用SEM-EDS、XRD、TEM、FTIR和TG-DTA等手段,对“sequential annealing mechanism”-凝胶共沉淀法复合的SM-AMP20进行了分析。结果表明:微晶颗粒的AMP有效负载在了多孔硅胶基质的表面或孔道内部;引入多孔硅胶基质复合AMP,并没有影响AMP的晶体特性和热稳定性。新型“高分子模板法”-“sequential annealing mechanism”-凝胶共沉淀法的设计,实现了多孔复合无机离子交换剂SM-AMP20的快速制备。
  采用静态吸附实验方法,研究了SM-AMP20在不同反应时间、Cs+初始浓度和溶液酸度等实验条件下对Cs+的吸附性能影响。研究表明:中性pH值的0.1mol/L Cs+溶液中,SM-AMP20对Cs+的静态饱和吸附时间tsat约为4h,平衡吸附量qe可达37.63mg/g,其吸附过程符合伪二级动力学模型(R2>0.99)和Langmuir等温吸附模型(R2>0.98)。SM-AMP20的分配系数Kd在 HNO3溶液浓度0.001-3mol/L范围内变化较小,表明其耐酸性良好。
  采用动态吸附实验方法,研究了SM-AMP20在不同Cs+的进口浓度、进口流速Q、固定相高度Z和共存离子存在下的柱吸附性能。研究表明:Q为2.5mL/min和Z为11cm,中性pH值的10mg/L Cs+溶液,穿透时间tbre长达26h。减小Q或增加Z,其tbre与饱和时间t?sat变长。Q为0.8mL/min和Z为11cm,1000mg/L Cs+溶液中去除率达94.63%。51.20g/L Na+,16.50g/L Al3+,17.40g/L Fe3+和8.20g/L Ni2+分别与1000mg/L Cs+共存时,SM-AMP20的Cs+柱吸附量q0分别为8.11,13.87,13.59和12.83mg/g,表明对于Cs+的提取与分离依然具有高选择性。模拟高放废液(SHLLW)中,SM-AMP20对Cs+的q0为5.99mg/g,良好地符合Thomas、Yoon-Nelson、Adamas-Bohart和BDST等柱动力学模型(R2>0.99)。
  研究了SM-AMP20在不同进口浓度的NH4+和 Cs+的竞争吸附及其吸附Cs+后的再生利用。结果表明:2-3mol/L NH4NO3溶液是SM-AMP20的良好脱附剂。重复3次吸附-脱附实验,Cs+的回收率在104.8~111.7%之间,且再生的SM-AMP20在SHLLW中柱吸附量q0在5.99~6.88mg/g之间,表明仍然能保持其良好的吸附性能。
  初探了SM-AMP20在低水平放射性废液中静态吸附137Cs的效果。低放射性水平废液中,固液比(g/mL)为1:200时,负载量为20wt% AMP的SM-AMP20对137Cs的静态吸附量为0.84?103Bq/g;固液比为1:50时,吸附率增加为55.36%,吸附效果是相对显著的。
[硕士论文] 蔡华明
材料科学与工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:铀矿冶、核燃料前段及乏燃料后处理废水中含有大量的铀,对其进行处理及回收废水中的铀是对有限的铀资源的充分利用,也将有效避免放射性废水对人类的危害及对生态环境的破坏。吸附法以经济、高效、操作简单等优点已经成为处理低浓度含铀废水及提取铀的优选方法。针对含铀废水的特殊性,研究开发具有抗辐射性及耐酸性能,且吸附容量大的新型吸附剂是吸附法处理放射性废水的重中之重。本研究以葡萄糖为主要原料,通过水热碳化、焙烧、KOH活化和酸化处理等方法制备了水热碳微球及多孔氧化碳吸附剂,系统研究了低温水热碳化工艺及催化剂AlCl3对碳微球形貌及性能的影响,以及碳微球的形成机理;研究了KOH用量和酸处理方法对多孔碳形貌及性能的影响。同时,研究了水热碳微球及多孔氧化碳吸附剂对溶液中U(VI)的吸附特性和机理,探究了碳材料循环利用特性。结果表明:
  1、以葡萄糖为原料,AlCl3为催化剂,采用水热碳化法在120~150℃温度范围合成制备了水热碳微球(HTC)。当AlCl3用量为20mol%、水热碳化温度为130℃,以及反应时间为20h时,水热碳微球呈单一球形且光滑表面。微球的粒径分布为0.5~5.5μm,且表面拥有丰富的活性氧基团;碳微球内部存在有呋喃环结构,其在整个碳微球结构中所占的比例随温度升高而下降;经过焙烧的水热碳微球(HTC-COOH),表面的羧基官能团增加,吸附位点增加,有利于碳微球对U(VI)的吸附。
  2、焙烧后的碳微球(HTC-COOH)对U(VI)的最佳吸附条件是:环境温度为25℃、溶液pH值为4.5、初始浓度为140mg·L-1、且吸附时间为22h。在此条件下,HTC-COOH碳微球对溶液中U(VI)的最大吸附量为163mg·g-1,吸附过程符合Langmuir等温吸附模型及准二级动力学模型。HTC-COOH碳微球对U(VI)的吸附主要发生在其外表面,且主要是碳微球上的羧基与U(VI)之间发生离子交换,其次还有羟基与U(VI)之间的相互作用。
  3、以葡萄糖和尿素为原料先合成葡萄糖-尿素树脂,再经管式气氛炉焙烧、KOH活化和酸处理,制备了多孔氧化碳(m-a-4-NC)。研究了m-a-4-NC对溶液中U(VI)的吸附特性,当溶液pH值为4.5,吸附时间为120min时,m-a-4-NC对U(VI)的最大吸附量为397mg·g-1;吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。多孔氧化碳材料对 U(VI)的吸附主要为羧基与U(VI)之间的离子交换。
  4、采用FTIR、XPS、SEM及N2吸附-脱附等温线模型等对多孔氧化碳材料的微观形貌、化学结构及性能特性进行了表征。未经酸化处理的多孔碳(a-4-NC)含有丰富的开孔结构,经过酸化处理之后的m-a-4-NC材料的表面变得粗糙,但是材料内部的大孔及介孔结构依然存在,这有利于吸附U(VI)时液体的快速流动。
[硕士论文] 吴丽萍
化学 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:在核燃料铀纯化转化过程中将产生大量含铀、氟废水,废水的排放会造成水体环境中氟、铀污染,对人和动植物产生危害,因此,废水中的铀、氟离子的去除是十分必要的。吸附法,由于其具有对低浓度放射性废水效果好,灵活性高,吸附剂可再生,且吸附剂价格低等优势,而备受关注。但现有吸附剂只对氟离子,铀离子中的一种具有吸附功能,而不能同时去除此两种离子。因此,研发具有高效低成本特点的新型双功能吸附剂成为关键。本研究制备了两种吸附剂,羧甲基魔芋葡甘聚糖负载镧铝(CMKGM-La-Al)球形吸附剂,以及海藻酸钠/羧甲基纤维素负载钙铝(SA/CMC-Ca-Al)球形吸附剂。并系统的研究了吸附剂对铀、氟离子的吸附特性,吸附机理,再生特性,后处理技术等。具体内容如下:
  1、采用溶胶-凝胶法,利用电喷装置,制备出CMKGM-La-Al微球吸附剂。对不同La/Al质量比及不同质量浓度的CMKGM对微球凝胶强度的影响进行了研究,并探讨了CMKGM-La-Al吸附剂对铀酰根离子、氟离子的吸附特性。得出制备微球凝胶强度较大的CMKGM-La-Al微球吸附剂的最佳条件:La/Al质量比为2:1,CMKGM的质量浓度为4%。吸附优化条件为: pH5.0,浓度40mg L-1,反应时间15h时,CMKGM-La-Al微球吸附剂对铀酰根离子的吸附量最大为45.45mg g-1;pH2.0,温度25℃,浓度40mg L-1,反应时间4h时,CMKGM-La-Al微球吸附剂对氟离子的吸附量最大为20.37mg g-1。研究了CMKGM-La-Al微球对铀酰根离子、氟离子的等温吸附模型,动力学模型及热力学模型,结果表明:吸附均符合Langmiur等温模型和准二级动力学模型,CMKGM-La-Al微球对铀酰根离子、氟离子的吸附过程均为自发的。溶液中存在的如HCO3-,NO3-,SiO32-,Cl-等不同阴离子,对CMKGM-La-Al吸附剂除氟除铀效果的影响并不显著。吸附铀后的CMKGM-La-Al吸附剂再生5次后,再生率在80%以上;吸附氟后的吸附剂,经4次再生后,再生率在72%以上。焚烧后的烧失率均在90%以上。对吸附剂进行了SEM,FT-IR,EDX,pHpzc及XPS等表征,推测CMKGM-La-Al微球对氟离子和铀离子的吸附机理,CMKGM-La-Al微球吸附剂可以高效去除溶液中的氟离子和铀离子,是一种具有应用前景的吸附剂。
  2、采用溶胶共混、溶胶-凝胶法,利用电喷装置,制备了SA/CMC-Ca-Al复合微球吸附剂。研究了SA/CMC质量比、钙离子(Ca2+)及铝离子(Al3+)质量浓度对SA/CMC-Ca-Al微球凝胶强度的影响,在SA/CMC质量比为9:1,且溶液浓度为2.5wt%,Ca2+浓度为3wt%,Al3+浓度为7.5wt%的条件下,制备出凝胶强度最大的微球吸附剂。探讨了SA/CMC-Ca-Al微球吸附剂对铀、氟离子的吸附特性,优化条件为:pH4.0,温度25℃,浓度100mg L-1,吸附时间15h,SA/CMC-Ca-Al对铀酰根离子的最大吸附量为101.76mg g-1;pH2.0,温度25℃,浓度100mg L-1,吸附时间4h,SA/CMC-Ca-Al对氟离子的最大吸附量为35.98mg g-1。研究了SA/CMC-Ca-Al微球吸附剂对铀、氟离子的等温模型,动力学模型和热力学模型,结果表明:SA/CMC-Ca-Al吸附剂对铀离子,氟离子的吸附均符合Langmiur等温模型;对铀离子符合准一级动力学模型,对氟离子符合准二级动力学模型。溶液中存在的如Zn2+,Mg2+,Co2+,Pb2+,Ni2+,HCO3-,NO3-,SiO32-,SO42-,Cl-等不同阴阳离子对SA/CMC-Ca-Al吸附剂除氟铀效果的影响并不显著。吸附氟,铀后的SA/CMC-Ca-Al吸附剂经5次再生后,再生率分别在75%和98%以上。焚烧后吸附剂的烧失率均在89%以上。对吸附剂进行了SEM、FT-IR、EDX和XPS表征,研究SA/CMC的改性和SA/CMC-Ca-Al吸附机理。SA/CMC-Ca-Al是一种很有前景的吸附剂。
  3、研究了在不同柱高、初始离子浓度、填料高度时SA/CMC-Ca-Al吸附剂的柱动态吸附实验。柱动态吸附研究结果表明:SA/CMC-Ca-Al柱的穿透时间和耗竭时间随填料高度的增加而延长,随流速和初始浓度的增加而提前;吸附量随流速和初始浓度的增加而增加,随填料高度的增加而减小。
[硕士论文] 宗有莉
化学 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:自2011年福岛核电站发生核事故以来,放射性核素的废液处理技术已经成为重点研究的内容之一,而铯在放射性核素中占很大的份额,由于其半衰期长,对人类的健康带来严重的危害,因此,除去废水中的铯离子十分必要。吸附法因其成本低、工艺简单和高效而备受关注,但是其除铯效果受吸附剂的制约。金属亚铁氰化物具有独特的选择性、极高的化学稳定性等优点,因此,此材料一直以来是放射性铯废水处理领域的研究热点之一。羧甲基纤维素是一种水溶性纤维素醚,由于其在多价离子的存在下可以形成凝胶微球而常作为增稠剂、包埋剂等。本文以羧甲基纤维素钠为载体,以金属亚铁氰化物为活性成分,采用包埋法、原位合成法等固化技术分别制备了羧甲基纤维素钠/普鲁士蓝交联镧凝胶微球(CMC/PB-La)、普鲁士蓝微球(CMC-PB)和亚铁氰化铜复合颗粒(CMC-KCuFC)吸附材料,详细探讨三种吸附材料对模拟含铯废水中Cs+的吸附去除性能,并研究了三种吸附剂对铯离子的吸附动力学、热力学及吸附等温模型,以及吸附剂的洗脱和可能的吸附机理,主要研究结果如下:
  1、利用包埋法制备了CMC/PB-La凝胶微球吸附剂,考察了pH、吸附剂用量、反应时间、初始铯离子浓度和辐射稳定性等因素对铯的吸附性能影响。得出制备CMC/PB-La凝胶微球的最佳吸附条件为:吸附剂用量为1g/L,吸附时间为1000min,温度为298.15K,溶液中K+的存在会影响吸附剂除铯效果;吸附过程符合Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型,当温度低于328.15K,CMC/PB-La凝胶微球吸附铯离子是自发的吸热过程,具有较好的辐射稳定性;并通过SEM、FT-IR、EDX和XPS对吸附剂进行表征测试。推测CMC/PB-La凝胶微球吸附铯离子的机理是物理吸附和化学吸附共同作用的结果。
  2、采用原位合成法制备了CMC-PB凝胶微球吸附材料,并研究了其吸附铯离子的特性。结果表明吸附铯离子的优化条件为:pH为5,吸附剂的量为1.2g/L,吸附时间为60 min,吸附铯离子起主要作用的是CMC-PB微球上的PB晶体。并对等温模型、动力学模型及热力学进行了研究,结果表明:吸附过程符合Langmuir等温模型及准二级动力学模型,最大吸附量为115.04mg·g-1,从计算的热力学数据可知,CMC-PB吸附铯离子是自发的吸热过程。通过IR、XRD和XPS等手段有效的证明了PB被成功负载到了CMC载体上。其对铯离子吸附机理主要是化学离子交换吸附和物理吸附的作用。
  3、采用原位合成法制备了CMC-KCuFC复合颗粒吸附剂;批量实验考察了pH、吸附剂用量、接触时间、初始铯离子浓度和共存离子等对CMC-KCuFC复合颗粒吸附性能的影响;采用SEM、FTIR、EDX和XRD等手段对合成的材料进行分析。得出CMC-KCuFC复合微球吸附铯离子的优化条件为:pH为5,吸附剂的量为0.4g/L,吸附时间为600min,温度为298.15K,且在K+、Na+、Ca2+、Mg2+和Li+等阳离子共存条件下,其对铯的分配系数影响大小顺序为:K+>Na+>Ca2+>Mg2+>Li+。1.0mol·L-1 KNO3对铯离子的脱附率最大,其脱附率为36.8%。CMC-KCuFC复合颗粒吸附Cs+的过程符合拟二阶动力学模型,可用Freundlich模型来描述。通过SEM、IR和XRD手段有效的证明了KCuFC被成功负载到了CMC载体上。
  4、讨论了柱高、流速和铯离子的浓度对CMC-KCuFC复合颗粒动态吸附的影响,结果表明,穿透点和耗竭点随着柱高的增加而延后,穿透点和耗竭点随着浓度和流速的的升高而缩短。
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