氧化活性炭對Th（IV）的吸附研究

關慶濤

摘要：在本論文中，采用靜態批式法從熱力學和動力學方面研究了Th4+在氧化活性炭上的吸附，并探究了溶液的離子強度、pH值、活性炭和氧化活性炭對Th4+在活性炭上的吸附的影響。本實驗所采用的是經過硝酸對活性炭處理后的氧化活性炭，經硝酸處理后的活性炭，表面酸性基團增加，親水性增加，其對金屬離子的吸附能力增強。

關鍵詞： 吸附；Th（IV）；氧化活性碳；硝酸；改性

前言：隨著核能的大范圍利用和核電行業的快速發展，必將會產生大量的放射性廢物，尤其在經過日本福島核電站的核泄漏事故后，放射性核廢物的處理和處置成為核能利用后必須解決的關鍵問題，這也將是一個全球性的問題。目前國內外對研究放射性廢物處理處置的工作主要集中在放射性核素在填充材料和周圍環境介質中的吸附、遷移和擴散方面。放射性核素在各種不同介質中的吸附能力決定了核素在環境中的物理化學遷移行為，對核素吸附的研究是廢物處置庫安全評估的主要因素，從實驗中得到核素在不同介質之間的分配系數，能預測和評估核素在環境介質中的物理化學行為，能夠為核廢物處置庫的設計、建造提供可靠數據。

本論文采用改性后的活性炭，采用靜態批式吸附法研究吸附質濃度、pH、背景電解質離子強度、溫度等對氧化活性碳對Th4+吸附作用的影響，研究其吸附動力學和熱力學；并結合微觀表征與宏觀靜態吸附實驗，推測釷離子在氧化活性碳上吸附機理和模式。

實驗分析

原理：活性炭吸附法是除去溶液中釷離子的有效途徑，但普通活性炭的吸附容量不高。對活性炭進行化學改性，增強其吸附性能是活性炭領域的研究熱點。活性炭的吸附特性取決于它的孔隙結構及其表面化學性質?；钚蕴炕瘜W改性就是用一定的化學方法處理活性炭，使其孔隙密度、孔徑分布以及孔隙表面活性點上官能團的性質和數量發生變化，從而達到增大比表面積，提高吸附性能的目的。本試驗用強氧化劑硝酸對顆粒活性炭表面進行氧化改性，經過硝酸氧化改性的活性炭在官能團總量上有明顯的增加，其中羧基和酚羥基增加得較多，且硝酸濃度越高，活性炭表面含氧官能團總量增加越多。經過HNO3氧化后，活性炭表面可產生較多的含氧官能團，致使活性炭表面的親水性增強，獲得較高的陽離子交換能力。

儀器試劑：0.5mol/L的鹽酸溶液、1g/L的偶氮胂三溶液、2.6638×10-3mol/L的釷溶液、0.5g/L66%氧化活性炭。

分析步驟：在聚乙烯離心管中，依次加入Th4+標準溶液、氧化活性炭和NaCl溶液，再加入一定量的去離子水，用HNO3和NaOH調節體系pH。將離心管放入振蕩器中震蕩3d后，將離心管以4000r/min的速度離心30min，取上層清液于25mL容量瓶中，加入1mL1g/L偶氮胂III溶液和1mL0.5M的HNO3溶液，定容后在664nm處測量其吸光度。

實驗結果與結論

1.pH的影響

由圖2可知，同等條件下，氧化活性炭對Th4+的吸附能力強于活性炭，且隨著pH值得增大，活性炭和氧化活性炭的吸附能力都在增強，pH值對活性炭的吸附性能影響顯著。

2.離子強度對吸附的影響

由圖3、圖4可知pH值較低時，離子強度對氧化活性炭的吸附有不太明顯的影響，隨著pH值的增大，離子濃度對氧化活性炭的吸附性能基本無影響。

3.吸附等溫線

由圖5、圖6可知氧化活性炭Freundlich擬合，吸附比較符合Freundlich模型。

參考文獻

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