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固相吸附材料DMDODGA/P120對Sr2+的吸附性能

2022-06-23 11:47:54王文濤劉櫟錕
核化學與放射化學 2022年3期
關鍵詞:實驗質量模型

范 磊,王文濤,張 燁,劉櫟錕

中國原子能科學研究院 放射化學研究所,北京 102413

高放廢液(HLLW)中,放射性比活度大、發熱量大、半衰期長的高釋熱β放射性元素90Sr是較難處理的核素之一。如果能將90Sr從HLLW中分離出來,不僅能減少玻璃固化體積、縮短廢液冷卻的時間,還能減少熱量的釋放,有利于地質處置時的操作簡化和節約成本。

Sr的水溶液化學性質較穩定,不會發生氧化還原反應。在傳統的液液萃取體系中,Sr2+可以與一些萃取劑形成穩定的中性配合物,從而進入有機相達到分離的目的。目前研究的沉淀法、離子交換法、膜分離法均有較多缺陷,不適用于實際提取過程。目前比較適合投入應用的方法有色層分離法及溶劑萃取法。

萃取色層分離法(extraction chromatography, EXC)是以吸附在惰性載體上的萃取劑作為固定相,以無機的水溶液作為流動相,用于分離無機物質的一種新型柱色層法[1]。常見的載體有硅膠[2]、大孔樹脂[3-6]和大孔硅基SiO2-P[7-16]等。

SA:萃取段;SB:反萃段;X:有機萃取劑;F:料液;S:洗滌劑;P:有機相;W:水相萃殘液圖1 酰胺莢醚萃取Sr的流程Fig.1 Process of extracting Sr with amido podand

基體是聚苯乙烯和二乙烯苯基共聚物或聚甲基丙烯酸酯[21]的載體P120,其作為高分子介質的化學穩定性好,酸性到堿性的洗脫液均適用于此材料。且P120主要以色散力的方式與萃取劑結合,和萃取劑官能團間的作用力不強,所以萃取劑的官能團可以暴露在P120的表面上,使其保持一定的萃取活性。

酰胺莢醚類化合物二甲基二辛基雙酰胺莢醚(DMDODGA,結構示于圖2),其結構與TODGA相似,含有的醚氧鍵—(CH2OCH2)能與金屬離子很好的配位。與TODGA相比,DMDODGA作為不對稱酰胺莢醚,酰胺鍵上的取代基有兩個甲基,萃取的位阻效應小,所以在與Sr2+形成萃合物的過程中,可以擴充萃取容量[22],并使達到平衡的時間縮短。

圖2 DMDODGA的結構式Fig.2 Structure of DMDODGA

本工作擬采用DMDODGA作為萃取劑,負載到載體P120上來制備萃淋樹脂DMDODGA/P120,并探究其對于Sr2+的吸附性能。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及試劑

DMDODGA,委托合成,分析純(純度95%以上),北京百靈威科技有限公司;P120,北京元寶山色譜科技有限公司,平均粒徑為55 μm ,比表面積為520 m2/g ,細孔容積為1.17 mL/g,與萃取劑結合的色散力作用能大小在10~20 kJ/mol 左右;硝酸鍶,分析純,天津市永大化學試劑開發中心;二氯甲烷、硝酸等其它化學試劑均為市售分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

JA5003N電子天平,精度0.001 g,德國賽多利斯集團;RE-6000A型旋轉蒸發儀,上海亞榮,主機轉速10~150 r/min,主機升降0~180 mm;電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES),測量誤差為5%,美國PerkinElmer公司;布魯克Tensor 27傅里葉變換紅外光譜儀,德國布魯克公司;elementar vario EL CUBE有機元素分析儀,德國艾利蒙塔公司;JSM-6700F冷場發射掃描電子顯微鏡,日本電子(JEOL)公司;LPD2500型多管漩渦混合儀, 萊普特科學儀器有限公司。

1.2 DMDODGA/P120的制備

稱取一定量的P120(或者其他載體)于250 mL圓底燒瓶中,用100 mL二氯甲烷將其溶脹4~6 h,加入一定比例的DMDODGA(DMDODGA與P120的質量比為1∶2),攪拌120 min,將混合物在室溫下置于旋轉蒸發儀上,打開真空泵,旋蒸20 min除去二氯甲烷,直至混合物成松散的粉末。將蒸干的大燒瓶用密封膜封口(留下通氣孔),置于真空干燥箱中,60 ℃以上真空烘干4 h以上,得白色松散的萃淋樹脂DMDODGA/P120。

1.3 樣品表征

用JSM-6700F冷場發射掃描電子顯微鏡觀察材料的整體形貌特征。采用布魯克Tensor 27傅里葉變換紅外光譜儀表征材料的表面基團價鍵,掃描范圍為500~4 000 cm-1,分辨率為4 cm-1。采用德國 elementar vario EL CUBE有機元素分析儀對材料進行元素分析(C、N、H、O元素),可以計算出酰胺莢醚在載體上的負載率。

1.4 靜態吸附實驗

吸附劑平衡時間確定及動力學曲線研究:配制酸濃度為3.0 mol/L的100 mg/L Sr2+溶液一定量(3~5 mL)置于離心管中,按固液比為10 g/L加入DMDODGA/P120,室溫(23~25 ℃)下振蕩。每隔一段時間后,用濾膜過濾取清液,用電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)測定溶液中Sr2+的濃度。繪制動力學曲線,可以分析其動力學吸附反應級數。

吸附劑平衡吸附容量計算公式如式(1)所示。

(1)

式中:ρ0,吸附前料液中金屬離子的初始質量濃度,mg/L;ρe,吸附達到平衡時料液中剩余的金屬離子質量濃度,mg/L;m,吸附達到平衡時料液中吸附劑的質量,mg;V,所加料液的體積,L。

為探究吸附反應的吸附機制,吸附動力學數據分別用準一級和準二級動力學方程進行分析。

準一級動力學方程可以用式(2)表示。

(2)

式中:qt,t時刻的吸附量,mg/g;qe,吸附平衡時的吸附容量,mg/g;k1,準一級動力學方程速率常數,min-1。邊界條件可以定義為:

當t=0,qt=0;當t=t,qt=qe代入式(2)積分,可表達為式(3):

qt=qe(1-e-k1t)

(3)

兩邊同時取對數,整理可得式(4):

(4)

準二級動力學方程可以用式(5)來進行表示:

(5)

式中k2為準二級動力學方程速率常數,g/(mg·min)。邊界條件可以定義為:當t=0,qt=0;當t=t、qt=qe代入式(5)積分,可表達為式(6):

(6)

將實驗數據代入準一級和準二級動力學方程模型擬合即可得到對應參數。

將該實驗的條件作為標準實驗條件,后續其他因素的影響將在此標準實驗條件下,通過控制變量法進行探究。

吸附劑吸附等溫線分析:其余條件同標準實驗條件,將DMDODGA/P120加入不同初始濃度的Sr2+溶液,吸附平衡后取樣測定溶液中Sr2+的濃度。繪制吸附劑對Sr2+的吸附等溫線,即可分析吸附Sr2+過程的吸附模型。

使用Langmuir(式(7))、Freundlich(式(8))吸附等溫線對吸附數據進行擬合。Langmuir模型是假設吸附為單層吸附、粒子均消耗同樣的能量被吸附到吸附劑表面;Freundlich模型是基于非均勻的吸附劑表面而建立的經驗吸附平衡模式。

(7)

(8)

式中:ρe,吸附平衡時液相吸附質的質量濃度,mg/L;qe,吸附平衡時的吸附容量,mg/g;qm,飽和吸附容量,mg/g;KL,Langmuir參數;KF,Freundlich參數;n,Freundlich經驗參數。

將實驗數據代入吸附模型進行擬合,即可得到吸附模型的參數。

HNO3濃度影響實驗:其余條件同標準實驗條件,將DMDODGA/P120加入不同HNO3濃度(0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0 mol/L)的Sr2+溶液中,吸附平衡后取樣測定Sr2+的濃度進行分析。

固液比影響實驗:其余條件同標準實驗條件,按固液比分別為1、2.5、5、10、20、50、100 g/L加入DMDODGA/P120,吸附平衡后取樣測定溶液中Sr2+的濃度進行分析。

利用解吸分配系數K′d來表達解吸程度,K′d的表達式如式(9)所示:

(9)

式中:ρ0,吸附前料液中Sr2+的初始質量濃度,mg/L;ρe,吸附達平衡時料液中剩余的Sr2+質量濃度,mg/L;ρd,解吸后稀酸中Sr2+的平衡質量濃度,mg/L;m,吸附達到平衡時料液中吸附劑的質量,mg;V,所加料液的體積,L。

溫度影響實驗:其余條件同標準實驗條件,DMDODGA/P120在不同溫度下(20、25、30、35、40、45、50 ℃)吸附Sr2+,達吸附平衡后取樣測定溶液中Sr2+的濃度進行分析。

計算吸附分配系數Kd(式(10)):

(10)

式中:ρ0,吸附前料液中Sr2+的初始質量濃度,mg/L;ρe,吸附達平衡時料液中剩余的Sr2+質量濃度,mg/L;m,吸附達到平衡時料液中吸附劑的質量,mg;V,所加料液的體積,L。

為簡化處理過程,忽略其他因素由于溫度引起的變化,在吸附熱力學中,吸附過程的平衡常數K=qe/ρe=Kd[25]。根據吉布斯自由能的定義式,可得Kd與ΔH和ΔS的關系式(式(11))。

ΔG=ΔH-TΔS=-2.303RTlgKd

(11)

輻照穩定性:以60Co作為輻照源,對吸附材料DMDODGA/P120進行輻照穩定性的測試,輻射劑量分別為5×103、104、105、106、107Gy。將輻照過后的DMDODGA/P120在標準實驗條件下吸附Sr2+,吸附平衡后取樣測定溶液中Sr2+的濃度進行分析。

1.5 動態吸附實驗

采用HNO3濃度為3.0 mol/L的100 mg/L Sr2+溶液,使用的柱子尺寸為φ6 mm×300 mm,裝載DMDODGA/P120的體積為1.38 cm3,設置的流速為0.5 mL/min,每隔一段時間取樣,用ICP-AES測定Sr2+的濃度,計算出吸附劑對Sr2+的吸附容量q(式(12))和總去除率η(式(13)):

(12)

(13)

式中:v,流速,mL/min;m,所加吸附劑質量,g;t,流程時間,min;ρ′0,進水中Sr2+的初始質量濃度,mg/L;ρ′,出水中Sr2+的質量濃度,mg/L;A,穿透曲線的積分面積,以t為橫坐標,ρ′/ρ′0為縱坐標。

通過計算還可以得到交換區高度Hz(式(14)):

(14)

式中:tT,從開始交換至交換完全移出交換區的時間,min;HT,交換柱內樹脂床的總高度,cm;tB,交換柱的穿透時間,min;f,交換區內已經交換的樹脂分數。其中可認為f近似等于總去除率η,tT約等于交換達到飽和的時間。

2 結果與討論

2.1 吸附劑的表征

P120和DMDODGA/P120的SEM電鏡掃描結果示于圖3。將放大500倍的未負載的P120與負載DMDODGA后的P120的SEM圖像進行對比可以看出,負載DMDODGA后P120的顆粒大小與負載前沒有明顯改變,外形仍呈均勻規則的球形,直徑在50~90 μm,大部分P120保持結構完好。該結果說明DMDODGA的負載并沒有破壞原有載體P120的結構。由此判斷,大部分DMDODGA通過旋轉蒸發法成功負載到P120的空隙中。DMDODGA/P120微球表面粗糙,存在大量縫隙,該結構有利于吸附過程進行。

圖3 P120(a)和DMDODGA/P120(b)的SEM圖像(×500)Fig.3 SEM picture of P120(a) and DMDODGA/P120(b)(×500)

對DMDODGA/P120、DMDODGA與未負載DMDODGA的P120進行元素分析,得到結果列于表1(分別計算兩組樣品的負載量后取均值)。由于P120中不含N元素,所以可以通過元素守恒計算出每100 g P120負載的DMDODGA質量。通過兩組樣品的測定結果,算得每100 g P120分別負載54.3 g和51.8 g DMDODGA,故可得平均每100 g P120負載了53.1 g DMDODGA,與制備過程中DMDODGA和P120所用的質量比相符。

表1 DMDODGA/P120、DMDODGA與P120的元素分析結果Table 1 Elements analysis results of DMDODGA/P120, DMDODGA and P120

DMDODGA、DMDODGA/P120和P120的紅外光譜圖示于圖4。對各個特征峰的位置作對比以后可以得到,DMDODGA/P120與P120的吸收峰峰形及峰位大致相同,所以可初步說明DMDODGA/P120在制備過程中沒有改變P120原有的化學結構。在波數<1 000 cm-1的區間,DMDODGA/P120與P120擁有相同的特征峰。但在波數>1 000 cm-1的區間,經過比對可得到明顯的結果,即DMDODGA/P120中也存在著與DMDODGA相同的特征峰,如波數為1 657.68 cm-1處對應于酰胺基團中C=O雙鍵的伸縮振動以及波數為1 150 cm-1左右處對應于脂肪醚鍵R—O—R的伸縮振動,而這兩個特征峰是P120所不具備的。因此,基本可以得到DMDODGA已經成功地復合并固定在P120中、并且復合過程為物理過程的結論。

1——DMDODGA,2——DMDODGA/P120,3——P120圖4 DMDODGA、DMDODGA/P120和P120的紅外光譜Fig.4 FTIR spectrums of DMDODGA, DMDODGA/P120 and P120

2.2 靜態吸附實驗結果

2.2.1吸附動力學實驗 標準實驗條件下,DMDODGA/P120吸附Sr2+達到平衡后料液的剩余濃度列于表2。由表2可知,10 min后Sr2+剩余質量濃度測量值的平均值約為73.2 mg/L。由于所用ICP-AES的測量誤差為5%,通過計算可知所測數據的誤差未超過儀器的測量誤差。圖5為Sr2+的吸附動力學曲線。從圖5曲線可知,10 min吸附基本達到平衡。經過空白實驗,P120對于Sr2+無特異性吸附。根據實驗結果,DMDODGA/P120在100 mg/L Sr2+溶液中對Sr2+的平衡吸附容量為2.82 mg/g。將平衡吸附容量對準一級和準二級動力學模型進行擬合,分別以lg(qe-qt)對t和t/qt對t作圖,結果示于圖6。由圖6可以看出,準一級動力學方程幾乎無法擬合,相關系數r2為負值,代表線性模型比取平均值擬合效果還差。而準二級動力學方程的擬合線性關系較好,r2=0.998 96。故吸附劑對Sr2+的吸附過程更符合準二級動力學方程。準二級動力學方程是基于吸附劑與吸附質之間的化學吸附假設,二者之間可發生共用或交換電子的現象。因此可以推斷出Sr2+的吸附過程有化學吸附的特征,離子與材料之間結合力較強。由截距計算可得k2=0.475 2。由于該吸附過程對Sr2+更符合準二級動力學方程,而吸附劑是固態,故其很可能與Sr2+形成2∶1配位的配合物,故吸附過程可以表示為如下反應式:

表2 Sr2+濃度隨時間變化結果Table 2 Results of Sr2+ concentration changes with time

m/V=10 g/L,c(HNO3)=3.0 mol/L,ρ0=100 mg/L,23.1 ℃圖5 Sr2+的吸附動力學曲線Fig.5 Adsorption kinetic curve of Sr2+

圖6 準一級動力學(a)與準二級動力學(b)擬合模型Fig.6 Fitting models of quasi-first-order kinetics(a) and quasi-second-order kinetics(b)

Sr(NO3)2·2DMDODGA/P120

若用DMDODGA直接進行溶劑萃取,DMDODGA與Sr2+將形成3∶1配位的配合物[23]。產生差異的原因可能是DMDODGA與P120結合后空間位阻變大所導致的。由推斷出的該反應式可以計算出,若DMDODGA/P120與Sr2+的配位反應完全,則理論的飽和吸附容量為39.507 50 mg/g;但是DMDODGA/P120與Sr2+的配位過程是可逆反應,不可能反應完全,無法直接用反應式進行計算。故飽和吸附容量應用另外的方法,即吸附模型作預測。

2.2.2吸附等溫線結果 不同初始Sr2+濃度下DMDODGA/P120吸附Sr2+達到平衡后料液中的平衡濃度ρe及吸附材料的平衡吸附容量qe計算結果列于表3。分別將ρe/qe對ρe作圖、lnqe對lnρe作圖進行擬合,得到的結果示于圖7。擬合模型計算出的各參數列于表4。從表4擬合結果可以看出,兩種模型擬合效果均較好,相關系數均較高。由于Langmuir模型是Freundlich模型的一種簡化計算,所以可以認為DMDODGA/P120對Sr2+的吸附過程是符合Langmuir模型的。所以可知吸附劑對Sr2+的吸附過程是發生在吸附劑均勻表面的單層吸附,即將Sr2+單層均勻吸附到微球表面后,再與微球表面的萃取劑進行化學反應的一個化學吸附過程。通過該模型計算的該過程的飽和吸附容量約為19.267 82 mg/g,低于理論飽和吸附容量(39.507 50 mg/g),這除了配位反應無法完全外,還有Sr2+難以全部吸附到吸附位點上的原因。在Freundlich模型中,KF表示吸附劑對Sr2+的吸附能力,n值反應了吸附劑的不均勻性或吸附反應強度。DMDODGA/P120對Sr2+的吸附過程1

表4 Langmuir與Freundlich吸附模型參數Table 4 Langmuir and Freundlich adsorption model parameters

圖7 吸附曲線對Langmuir模型(a)與 Freundlich模型(b)的擬合Fig.7 Fitting of adsorptions curves to Langmuir model(a) and Freundlich model(b)

表3 吸附等溫線實驗結果Table 3 Results of adsorption isotherms experiment

2.2.3HNO3濃度對Sr2+吸附性能的影響 圖8是DMDODGA/P120吸附Sr2+的平衡吸附容量qe隨HNO3濃度的變化關系。由圖8可以看出,當HNO3濃度從0.1 mol/L到5.0 mol/L增加時,吸附材料對Sr2+的平衡吸附容量先增后減。實驗結果表明,DMDODGA/P120在酸度為0.5~2.0 mol/L時的平衡吸附容量達到最大,且在HLLW處理要求的3 mol/L酸度下的平衡吸附容量未有明顯降低,在酸度大于4.0 mol/L時平衡吸附容量才明顯下降,故該材料能符合處理HLLW的酸度應用范圍。HNO3濃度從0.1~2.0 mol/L增加時,DMDODGA/P120的吸附容量增加,說明DMDODGA與Sr2+之間的配位作用占主導地位,即DMDODGA/P120對Sr2+的吸附占主導地位。此時HNO3濃度增加,鹽析效應增強使得水相離子強度增加,促進了Sr2+的萃取。當酸度>3.0 mol/L時吸附容量顯著下降,可能的原因是因為HNO3中的H+參與了萃取反應,與酰胺莢醚發生配位,和Sr2+產生競爭關系,使得酰胺莢醚吸附Sr2+的能力下降。

ρ0=100 mg/L,m/V=10 g/L,t=2.00 h,25.1 ℃圖8 酸度對DMDODGA/P120吸附Sr2+的影響Fig.8 Influence of acidity on adsorption of Sr2+ by DMDODGA/P120

2.2.4固液比對吸附Sr2+性能的影響 圖9為DMDODGA/P120吸附Sr2+的平衡吸附容量qe隨吸附劑和料液固液比的變化關系。由圖9可以看出,當固液比高于20 g/L時,平衡吸附容量的增幅減小,即增加吸附劑用量對吸附容量的提高不再明顯。故可以考慮將DMDODGA/P120吸附Sr2+的固液比控制在20 g/L左右。

ρ0=100 mg/L,c(HNO3)=3.0 mol/L,t=2.00 h,23.1 ℃圖9 固液比對DMDODGA/P120吸附Sr2+的影響Fig.9 Effect of solid-to-liquid ratio on adsorption of Sr2+ by DMDODGA/P120

2.2.5靜態吸附解吸實驗結果 事先已測得初始ρ0=105.6 mg/L,DMDODGA/P120吸附時的平衡ρe=78.2 mg/L,解吸以后測得的溶液中的Sr2+濃度列入表5。將計算出來的K′d對t作K′d-t曲線,結果示于圖10。由實驗結果可以得到,Sr2+在6 h時基本脫附,達到解吸平衡。平衡時,DMDODGA/P120的解吸分配系數為68.617 cm3/g。將脫附平衡時稀酸中的Sr2+濃度與吸附劑吸附平衡時吸附的Sr2+濃度進行對比可以發現,大部分Sr2+被洗脫至稀HNO3中。該結果說明0.1 mol/L的稀HNO3對Sr2+的解吸能力良好,解吸速率較快。

表5 吸附平衡的DMDODGA/P120解吸后溶液中Sr2+濃度Table 5 Concentration of Sr2+ in solution afterdesorption of adsorption equilibrium DMDODGA/P120

圖10 DMDODGA/P120解吸結果Fig.10 Result of DMDODGA/P120 desorption

2.2.6溫度對吸附Sr2+性能的影響 圖11為DMDODGA/P120吸附Sr2+的平衡吸附容量qe隨溫度的變化關系。由圖11可以看出,隨著溫度的增加,qe在不斷減小,通過該實驗結果可初步判斷DMDODGA/P120在HNO3中萃取Sr2+的過程為放熱反應,且可以自發進行。以下通過計算進行驗證。繪制lgKd-1 000/T曲線,結果示于圖12。圖12擬合直線r2=0.967 98,說明線性擬合效果良好,根據斜率和截距即可求出ΔH=-10.843 6 kJ/mol,ΔS=-27.000 2 J/(mol·K)。故在25 ℃室溫條件(298.15 K)下,吸附過程的吉布斯自由能變ΔG=ΔH-TΔS=-2.793 5 kJ/mol。故該吸附過程是一個放熱反應,能自發進行。

ρ0=100 mg/L,c(HNO3)=3.0 mol/L,m/V=10 g/L,t=2.00 h圖11 溫度對DMDODGA/P120吸附Sr2+的影響Fig.11 Effect of temperature on adsorption of Sr2+ by DMDODGA/P120

圖12 lg Kd-1 000/T曲線Fig.12 lg Kd-1 000/T curve

2.2.7輻照穩定性實驗結果 DMDODGA/P120吸附Sr2+的平衡吸附容量qe隨輻射劑量變化關系示于圖13。由圖13可以看出,DMDODGA/P120的抗輻照性能較好,該吸附材料在輻射劑量小于106Gy時未出現較大程度的輻解,說明其可以用于高放射性的操作過程,即90Sr的吸附萃取過程中。

圖13 不同輻射劑量下DMDODGA/P120的平衡吸附容量變化趨勢Fig.13 Change of equilibrium adsorption capacity of DMDODGA/P120 at different radiation dose

2.3 動態吸附實驗結果

為了進一步驗證DMDODGA/P120對Sr2+的吸附特性,將其裝入離子交換柱中進行了動態吸附性能研究,實驗結果示于圖14。

m=0.552 g圖14 DMDODGA/P120對Sr2+的穿透曲線Fig.14 Breakthrough curve of Sr2+ from DMDODGA/P120

所用DMDODGA/P120的質量為0.552 g。從圖14可以看出,穿透曲線的形狀呈S型,表明萃取劑DMDODGA沒有從載體P120中脫漏出來。ρ′/ρ′0=0.05,即5%的穿透點處理溶液量約為7.75 mL,大約5.6個柱體積左右被擊穿。對Sr2+吸附飽和時的溶液處理量約為40 mL。通過積分公式計算可得,穿透點吸附容量約為1.371 mg/g,飽和吸附容量約為3.898 mg/g。交換柱對Sr2+的總去除率約為52.53%。

離子交換柱的高度HT=4.880 cm,tT=80 min,tB=16 min,f≈η=52.53%,所以計算可得交換區的高度Hz=6.294 cm。

和負載冠醚類化合物的固相吸附材料(例如負載杯[4]芳烴-雙(二甲基苯并冠-6)(B4DC6)的固相吸附材料B4DC6/P120[21])進行對比后可以得到,DMDODGA/P120的吸附能力不如B4DC6/P120,但吸附平衡時間遠低于B4DC6/P120,之后可嘗試改良其酰胺鍵上的取代基來提高萃取劑的萃取能力。相比于B4DC6/P120,DMDODGA/P120對Sr2+的選擇性較差。而在實際后處理過程中,由于在分離Sr2+的流程前,利用溶劑萃取法進行前處理后的HLLW中除了Sr2+,還存在其他二價金屬離子,所以后續還需實驗驗證DMDODGA/P120對其他二價金屬離子的分離性能是否能夠滿足分離要求。

3 結 論

(1) DMDODGA/P120對Sr2+的吸附平衡時間約為10 min,其吸附過程符合準二級動力學方程,吸附過程可以表示為:

Sr(NO3)2·2DMDODGA/P120

(2) DMDODGA/P120對Sr2+的吸附性能隨著酸度的升高先增大后減小,吸附的最佳酸度為0.5~2.0 mol/L HNO3;DMDODGA/P120吸附Sr2+的最佳固液比為20 g/L左右;0.1 mol/L稀HNO3對該材料的脫附性能良好,脫附速率較快;DMDODGA/P120吸附Sr2+的過程是一個放熱反應,能自發進行;DMDODGA/P120的抗輻照能力強,可應用于放射性核素90Sr的吸附萃取過程中。

(3) DMDODGA/P120對Sr2+的動態穿透點吸附容量約為1.371 mg/g,動態飽和吸附容量約為3.898 mg/g;DMDODGA/P120交換柱對Sr2+的總去除率約為52.53%,交換區高度為6.294 cm。

(4) DMDODGA/P120的吸附平衡時間遠低于負載冠醚類化合物的固相吸附材料B4DC6/P120,但吸附能力和選擇性不如B4DC6/P120,之后可嘗試改良其酰胺鍵上的取代基來提高其萃取能力,后續還需驗證其對其他二價金屬離子的分離性能是否能夠滿足分離要求。

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