PDF《中国海水提铀研究进展》

1 Concentration of some elements in seawater 元素 浓度(μg/L) 元素 浓度(μg/L) 钠10.8*106 镍6.6 镁1.29*106 锌5钾0.40*106 铁3.4 钙0.413*106 铀3.3 锶8100 钒1.83 锂180 铜1钼10 铅0.03 较多的无机类吸附材料主要有金属氧化物吸附剂、金 属有机框架结构(MOFs)和无机物基体改性材料等. 1.1 金属氧化物吸附材料 金属氧化物吸附材料比表面积和孔隙率高、 且孔 隙结构可调, 通常具有较高的吸附容量, 再加上制备 简单等优点, 使金属氧化物吸附材料成为最受人们 关注的无机类吸附材料. 早在20世纪80年代, Yama- shita课题组[7,8] 就通过向钛的硫酸盐或盐酸盐溶液中 加入碱性溶液, 制备出水合氧化钛, 并发现其在吸附 铀酰离子[UO2(CO3)3]4? 的过程中释放出碳酸根, 初 步推断水合氧化钛吸附铀的机理: 水合氧化钛依靠 表面的羟基与铀酰离子发生络合作用完成吸附. 但 金属氧化物在使用时易受外界温度、pH等外界环境 影响, 且吸附选择性有待提高. 李敬源课题组[9] 将纳 米Mg(OH)2浸入低浓度铀酰离子溶液中进行预吸附, 利用纳米Mg(OH)2表面的羟基和UO2 2+ 之间的相互作 用, 将UO2 2+ 离子负载到纳米Mg(OH)2上, 材料表面的 UO2 2+ 再与铀酰离子[UO2(CO3)x](2x?2)? 中的CO3 2? 进行配 合, 完成吸附(图1). 经此法处理, 材料对铀的吸附效 率和选择性大大增强. 硫与氧均为VI A族元素, 化学性质较为相似, 学 者们利用硫化物优异的吸附性能, 将其应用于吸附 铀酰离子. Ma等人[10] 通过合成多硫化物-层状双金属 氢氧化物复合材料, 得到Sx-LDH型复合材料(LDH, Mg/Al层状双金属氢氧化物), 在pH 4.0下浓度为300 mg/L的铀溶液中吸附量为330 g U/(kg ads)(克铀/千克 吸附剂). 华道本课题组[11] 在MoS2薄片表面利用共价 键接枝胺肟化聚乙烯咪唑, 该吸附材料在pH 8.0下浓度 约为78.5 mg/L的铀溶液中吸附量达348.4g U/(kg ads). 金属氧化物无机吸附剂虽然具有吸附速率快、 制Downloaded to IP: 192.168.0.24 On: 2019-06-12 04:11:41 http://engine.scichina.com/doi/10.1360/N972017-01122

483 评述图1(网络版彩色)经UO2 2+ 预处理后的纳米Mg(OH)2 材料吸附示意图 Figure

1 (Color online) Adsorption mechanism of Nano-Mg(OH)2 after UO2 2+ pretreatment 备简单、洗脱都较容易的优点, 但也存在制备时温度 难控制, 易结晶, 易与其他离子形成络合离子且对铀 吸附选择性低和难回收等缺点, 常需要进行表面的 改性提高其吸附性能. 1.2 金属有机框架结构吸附材料 MOFs在分离领域的应用是近几年的研究热点, 其结构可根据应用领域的不同进行调整, 具有大孔 隙率和高比表面积. 罗峰课题组[12] 用Zn(NO3), 均苯 三甲酸(H3BTC)和L配体(N4 ,N4 ′-二(4-吡啶基)联苯 -4,4′-二甲酰胺)合成Zn(HBTC)(L)・(H2O)2型MOFs材料, 该材料孔道内有大量酰胺基和羧基, 可有效吸附 铀酰离子. 在pH为7.8, 铀浓度为6 μg/L的模拟海水 中吸附仅1 min, 其吸附量可达0.53 g U/(kg ads), 是 一种吸附速率极快的材料. 在35 mg/L的铀溶液中吸 附量最高可达115 g U/(kg ads), 但其最佳吸附条件是 pH 2的酸性条件. 王君课题组[13] 合成一种Mg-Co双 层金属氢氧化物ZIF-67衍生物MOFs材料, 该材料在 pH 5.0下浓度为232 mg/L的铀溶液中吸附量为

425 g U/(kg ads), 在200 μg/L的模拟海水吸附量为0.4 g U/(kg ads). 为解决MOFs材料不适宜在碱性条件下使用的问 题, 罗峰课题组[14] 在水热条件下, 利用Co(NO3)2・6H2O, 乙二磺酸二钠(Na2EDS)和4,4′-二吡啶的π-π堆积和氢 键自组装, 合成了一种Co-SLUG-35型MOFs材料, 该 材料在铀离子浓度200 mg/L, pH为9的碱性溶液中最 高吸附量可达118 g U/(kg ads), 在1 L铀离子浓度为 5.35 μg/L的真实海水中吸附量达到1.05 g U/(kg ads), 他们还证明了该材料中的阴离子EDS2? 可以被铀酰离 子替换, 从而完成对铀酰离子的吸附. 王君课题 组[15] 利用氧化石墨烯(GO-COOH)和UiO-66 MOFs材 料结合形成复合材料, 该复合材料在浓度为95 mg/L, pH 8的铀溶液中吸附容量为188.3 g U/(kg ads), 合成 示意图如图2所示. 该报道解决了传统MOFs材料不 宜在碱性条件下使用的问题. 1.3 无机物基体改性材料 用于海水提铀的无机类吸附材料除了研究较多 的金属氧化物吸附材料和MOFs外, 还有其他类型的 无机物基体改性材料. 这类材料多采用比表面积大, 化学性质稳定, 种类繁多的无机物作基体, 辅以具有 吸附铀性能的有机官能团, 形成海水提铀吸附材料. 但这类材料大多粒径过小, 在吸附过程中容易流失, 不适宜大规模的海水提铀. 介孔碳是一种新型的介 孔材料, 它比表面积大, 孔径尺寸可调, 可以避免传 统聚合方法造成的孔堵塞, 这些性质对提高材料的 铀吸附容量有重要作用. 张志宾课题组[16] 研究了 CMK-3型介孔碳对铀的吸附能力, 发现在pH 6下CMK-3可对铀进行快速吸附, 吸附容量较高, 并且 可以重复利用. 但是海水中有大量的竞争离子, 单纯 Downloaded to IP: 192.168.0.24 On: 2019-06-12 04:11:41 http://engine.scichina.com/doi/10.1360/N972017-01122