磷酸三鈣去除U(Ⅵ)的性能與機理研究

趙凱鑫,高 瓊,田 強,晏敏皓,黃 毅,*

1.西南科技大學 環(huán)境友好能源材料國家重點實驗室,四川 綿陽 621010;2.西南科技大學 材料與化學學院,四川 綿陽 621010

核能作為一種經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)展的能源,已被廣泛應用于民用發(fā)電領域[1]。鈾是核反應堆涉及的重要元素,在鈾礦開采和加工、核燃料組件制造、乏燃料后處理等過程中均會產(chǎn)生一定量含U(Ⅵ)廢液[2-3]。然而,U(Ⅵ)的放射毒性強、半衰期長,一旦泄漏至生物圈,將會對人類健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴重損害[4]。當前,處理含U(Ⅵ)廢液的主要方法有離子交換法[5]、化學沉淀法[6]、膜處理法[7]、溶劑萃取法[8]、吸附法[9]等;其中,吸附法因其工藝簡單、成本較低和適用性廣等優(yōu)點而被廣泛關注。

目前,用于含U(Ⅵ)廢水處理的吸附材料主要包括有機吸附材料(離子交換樹脂[10]、纖維素[11]、殼聚糖[12]、有機骨架[13]、聚丙烯腈[14]、腐殖酸[15]等)和無機吸附材料(活性炭[16]、蒙脫石[17]、沸石[18]、二氧化硅[19]、羥基磷灰石[20]等)。上述有機、無機吸附材料通常在pH≥5的水溶液中對U(Ⅵ)具有最佳的吸附性能,但在較強酸性(pH<5)條件下吸附材料的化學穩(wěn)定性和吸附性能卻難以兼得[21]。

為了解決該問題,馬磊等[21]采用氟磷灰石對U(Ⅵ)進行吸附處理,其研究結果表明:在pH=3的酸性條件下,氟磷灰石對U(Ⅵ)具有較高的吸附容量(655.17 mg/g),并且在pH≥3的環(huán)境中具有較好的化學穩(wěn)定性。然而,氟磷灰石(Ca10(PO4)6F2)吸附U(Ⅵ)的過程中會引入氟離子(F-)。含氟的氟化物已被世界衛(wèi)生組織(WHO)認定為是對人類健康具有潛在危害的物質[22]。氟磷灰石與磷酸三鈣均屬于磷酸鹽物質,與含氟的氟磷灰石(Ca10(PO4)6F2)相比,磷酸三鈣(Ca3(PO4)2)是一種完全無氟的磷酸鹽。此外,目前國外尚未見有關磷酸三鈣去除U(Ⅵ)的報道,國內也鮮有報道。

廣州大學彭燕等[23]采用磷酸三鈣對鈾礦下游水系沉積物中的鈾進行處理,其研究結果表明,磷酸三鈣不僅能夠顯著降低污染沉積物中鈾的活動性,還能有效地降低沉積物中鈾的危害。然而,該研究工作只對磷酸三鈣去除鈾的相關機理進行了理論推測,并未進行深入系統(tǒng)的實驗研究。

為了探明磷酸三鈣去除鈾礦周邊水體中U(Ⅵ)的相關機理,本工作擬先采用固相法[24]合成磷酸三鈣粉末,并利用X射線衍射儀(XRD)、傅里葉轉換紅外光譜儀(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)和比表面積分析儀(BET)對其理化特性進行表征;其次,系統(tǒng)研究pH、固液比、吸附時間、U(Ⅵ)初始濃度、吸附溫度等因素對磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)性能的影響;最后,利用吸附動力學、等溫吸附、吸附熱力學模型,并借助XRD、FTIR、X射線光電子能譜(XPS)、SEM、能譜儀(EDS)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)等表征手段進一步揭示磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)的相關機理。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

碳酸鈣(CaCO3)、磷酸氫二銨((NH4)2HPO4)、硝酸鎳(Ni(NO3)2·6H2O),分析純,國藥集團化學試劑有限公司;鹽酸(HCl)、氨水(NH3·H2O)、乙醇(C2H5OH)、硝酸鋅(Zn(NO3)2·6H2O)、硝酸鋇(Ba(NO3)2),分析純,成都市科隆化學品有限公司;偶氮胂Ⅲ(C22H18As2N4O14S2,純度≥95%),東京化成工業(yè)株式會社;硝酸鈾酰(UO2(NO3)2·6H2O),分析純,湖北楚盛威化工有限公司;硝酸鉻(Cr(NO3)3·9H2O),分析純,上海阿拉丁生化科技有限公司;硝酸銅(Cu(NO3)2·3H2O),分析純,成都市科龍化工試劑廠。

D/max-1400型X射線衍射儀(XRD),日本理學;SPECTRUM ONE型傅里葉轉換紅外光譜儀(FTIR),美國珀金埃爾默;Autosorb-IQ型比表面積分析儀(BET),美國康塔;UV-1800型紫外可見分光光度計,日本島津;Ultra55型高分辨冷場發(fā)射掃描顯微鏡(SEM)分析系統(tǒng),帶有Oxford IE 450X-Max80型能量色散X射線光譜儀(EDS),德國卡爾蔡司;Thermo Scientific K-Alpha型X射線光電子能譜(XPS)、iCAP6500型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)、XL200型臺式pH值測試儀,美國賽默飛世爾;QM-3SP2型行星式球磨機,南京南大儀器;KF1400型箱式電阻爐,南京博蘊通儀器;SHZ-82A型氣浴恒溫振蕩器,常州江南實驗儀器;TG16-WS型高速離心機,常州金壇良友儀器;MS3000型激光粒度儀,英國馬爾文。

1.2 磷酸三鈣粉末的制備

以CaCO3與(NH4)2HPO4為合成原料,根據(jù)化學反應方程式(1),采用固相反應法[24]合成磷酸三鈣(Ca3(PO4)2)。具體合成方法如下:按Ca/P摩爾比=1.5,稱取CaCO3和(NH4)2HPO4;然后,按氧化鋯小球∶無水乙醇∶合成原料質量比=4∶7∶4的比例,放入行星式球磨機中進行球磨6 h(轉速350 r/min),球磨后的漿體在80 ℃恒溫干燥箱中進行12 h烘干處理,烘干后的粉末放入箱式電阻爐中進行煅燒(升溫速率10 ℃/min,煅燒溫度1 473 K,保溫時間3 h),煅燒后的粉末在瑪瑙研缽中研磨5 min,最終獲得磷酸三鈣粉末。

2(NH4)2HPO4+3CaCO3=

Ca3(PO4)2+4NH3+3CO2+3H2O

(1)

1.3 吸附實驗

以磷酸三鈣粉末作為吸附U(Ⅵ)的材料,探究pH、固液比、吸附時間、U(Ⅵ)初始濃度、吸附溫度等因素對磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)性能的影響。吸附實驗的具體操作如下:首先,按照文獻[21]繪制U(Ⅵ)的標準曲線;然后,稱取UO2(NO3)2·6H2O配制一定初始濃度(ρ0=40、80、120、160、200 mg/L)的鈾溶液,利用鹽酸(HCl)、氨水(NH3·H2O)將鈾溶液調節(jié)至指定pH值(pH=2.0、2.3、2.5、2.7、2.8、2.9、3.0、4.0、5.0、6.0);加入一定量的磷酸三鈣(固液比=0.04、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g/L),超聲1 min后放入恒溫振蕩箱(T=303、308、313、318、323 K)進行吸附實驗,振蕩頻率為170 r/min;吸附時間t為5、10、20、30、60、120、180 min;吸附實驗結束后,將試管放入離心機中離心1 min(轉速8 000 r/min),取1 mL上清液,利用偶氮胂Ⅲ分光光度法[25]測試上清液中U(Ⅵ)的濃度。利用式(2)、(3)計算磷酸三鈣對U(Ⅵ)的平衡吸附容量qe和去除率R′。

(2)

(3)

式中:qe為吸附平衡時磷酸三鈣對U(Ⅵ)的吸附容量,mg/g;R′為磷酸三鈣對U(Ⅵ)的去除率;ρ0為U(Ⅵ)初始質量濃度,mg/L;m為磷酸三鈣的質量,g;ρe為吸附平衡時U(Ⅵ)的質量濃度,mg/L;V為鈾溶液體積,L。

1.4 溶解性實驗

為了探究磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)前后的溶解性,將25 mg的磷酸三鈣和25 mg吸附U(Ⅵ)后的磷酸三鈣分別置于25 mL的水溶液中(pH=2.0、3.0、4.0、5.0、6.0),然后放入308 K的恒溫振蕩箱中振蕩180 min,振蕩頻率為170 r/min;振蕩結束后,將溶液放入離心機中離心1 min(8 000 r/min),取上清液待測;采用ICP-OES測試上清液中Ca2+和U的濃度,分析吸附U(Ⅵ)前后的磷酸三鈣在不同pH水溶液中的溶解性。

1.5 共存離子吸附實驗

表1 共存離子溶液中各金屬離子初始濃度Table 1 Initial concentration of metal ions in coexisting ion solutions

(4)

(5)

2 結果與討論

2.1 磷酸三鈣的表征

圖1 煅燒溫度1 473 K和保溫時間3 h條件下合成的磷酸三鈣粉末XRD圖譜(a)、SEM圖(b)、FTIR圖譜(c)及氮氣吸附脫附曲線(d)Fig.1 XRD pattern(a), SEM image(b), FTIR spectrum(c), and nitrogen adsorption desorption curve(d) of synthetic tricalcium phosphate powder under 1 473 K for 3 h

2.2 磷酸三鈣對U(Ⅵ)的去除性能

(a):計算條件:ρ0=120 mg/L,ρ(Cl-)=35.45 mg/L,T=308 K;(b):固液比0.1 g/L,吸附時間120 min,ρ0=120 mg/L,T=308 K圖2 在不同pH水溶液中的種態(tài)分布圖(a)以及不同pH下磷酸三鈣對U(Ⅵ)的平衡吸附容量和去除率(b)Fig.2 Species distribution of in solution with different pH values(a), equilibrium adsorption capacity and removal ratio of U(Ⅵ) by tricalcium phosphate under different pH conditions(b)

2.2.2固液比對磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)的影響 圖3為不同固液比下磷酸三鈣對U(Ⅵ)的平衡吸附容量和去除率。如圖3所示,當固液比為0.04 g/L時,磷酸三鈣對U(Ⅵ)的平衡吸附容量達到最大值(1 297.71 mg/g);隨著固液比增加,其平衡吸附容量逐漸降低;當固液比從0.04 g/L提升到0.1 g/L時,其去除率從43.26%增至82.94%;當固液比從0.1 g/L增至0.6 g/L時,其去除率逐漸進入平臺期,這可能是由于磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)存在吸附極限值,該現(xiàn)象符合吸附材料吸附重金屬離子的一般規(guī)律[30]。由于固液比為0.1 g/L時,磷酸三鈣對U(Ⅵ)兼具較高平衡吸附容量(995.25 mg/g)和去除率(82.94%),因此選擇0.1 g/L為后續(xù)吸附實驗固液比。

pH=3.0,吸附時間120 min,ρ0=120 mg/L,T=308 K圖3 不同固液比下磷酸三鈣對U(Ⅵ)的平衡吸附容量和去除率Fig.3 Equilibrium adsorption capacity and removal ratio of U(Ⅵ) by tricalcium phosphate under different solid-liquid ratios

2.2.3吸附時間對磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)的影響 圖4(a)為不同吸附時間下磷酸三鈣對U(Ⅵ)的吸附量和去除率。由圖4(a)可知,當吸附時間是60 min時,磷酸三鈣對U(Ⅵ)的吸附反應基本達到平衡,其吸附量和去除率分別增至999.25 mg/g和83.27%。因此,本工作選擇60 min作為后續(xù)吸附實驗的吸附時間。圖4(b)與圖4(c)為磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)的準一級和準二級動力學模型擬合圖,其擬合公式分別為式(6)和式(7)。

pH=3.0,固液比0.1 g/L,ρ0=120 mg/L,T=308 K圖4 不同吸附時間下磷酸三鈣對U(Ⅵ)的吸附量和去除率(a),準一級動力學模型擬合圖(b)以及準二級動力學模型擬合圖(c)Fig.4 Adsorption capacity and removal ratio of U(Ⅵ) by tricalcium phosphate under different adsorption times(a), fitting picture of pesudo-first-order kinetic model(b), and fitting picture of pesudo-second-order kinetic model(c)

ln(qe-qt)=lnqe-k1t

(6)

(7)

其中:t為吸附時間,min;qe為吸附平衡時磷酸三鈣對U(Ⅵ)的吸附容量,mg/g;qt為t時刻磷酸三鈣對U(Ⅵ)的吸附量,mg/g;k1為準一級動力學速率常數(shù),min-1;k2為準二級動力學速率常數(shù),g/(mg·min)。表2為磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)的準一級和準二級動力學模型擬合參數(shù)。由表2可知,由于其準二級動力學模型擬合相關系數(shù)(r2=0.995)大于準一級動力學模型擬合相關系數(shù)(r2=0.979);因此,磷酸三鈣對U(Ⅵ)的吸附更符合準二級動力學模型,表明在磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)的過程中主要以化學吸附為主[31]。

表2 準一級和準二級動力學模型擬合參數(shù)Table 2 Fitting parameters of pesudo-first-order and pesudo-second-order kinetic models

2.2.4鈾初始濃度對磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)的影響 圖5(a)為不同U(Ⅵ)初始濃度下磷酸三鈣對U(Ⅵ)的平衡吸附容量和去除率。如圖5(a)所示:隨著U(Ⅵ)初始濃度增加,磷酸三鈣對U(Ⅵ)的平衡吸附容量逐漸增大、去除率逐漸減小。當U(Ⅵ)初始質量濃度為40 mg/L時,去除率達到最大值(88.17%),平衡吸附容量為最小值(352.67 mg/g);然而,當U(Ⅵ)初始質量濃度為200 mg/L時,去除率為最小值(70.25%),平衡吸附容量達到最高值(1 405.08 mg/g);由于U(Ⅵ)初始質量濃度為120 mg/L時,磷酸三鈣對U(Ⅵ)兼具較高的平衡吸附容量(999.25 mg/g)和去除率(83.27%),因此選擇120 mg/L作為后續(xù)吸附實驗的U(Ⅵ)初始質量濃度。圖5(b)與圖5(c)為磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)的Langmuir和Freundlich等溫吸附模型擬合圖,其擬合公式分別為式(8)和式(9)。

pH=3.0,固液比0.1 g/L,吸附時間60 min,T=308 K圖5 不同U(Ⅵ)初始濃度下磷酸三鈣對U(Ⅵ)的平衡吸附容量和去除率(a)、Langmuir等溫吸附模型擬合圖(b)以及Freundlich等溫吸附模型擬合圖(c)Fig.5 Equilibrium adsorption capacity and removal ratio of U(Ⅵ) by tricalcium phosphate under different initial U(Ⅵ) concentrations(a), fitting picture of Langmuir isotherm adsorption model(b), and fitting picture of Freundlich isotherm adsorption model(c)

(8)

(9)

其中:qe為吸附平衡時磷酸三鈣對U(Ⅵ)的吸附容量,mg/g;KL為Langmuir模型吸附平衡常數(shù),L/mg;qm為單層飽和吸附容量,mg/g;ρe為吸附平衡時U(Ⅵ)的質量濃度,mg/L;KF為Freundlich模型吸附平衡常數(shù),(mg/g)·(mg/L)-1/n;n為吸附強度相關常數(shù)。表3為磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)的Langmuir和Freundlich等溫吸附模型擬合參數(shù)。由表3可知,由于其Langmuir擬合相關系數(shù)(r2=0.993)大于Freundlich擬合相關系數(shù)(r2=0.944),因此磷酸三鈣對U(Ⅵ)的吸附更符合Langmuir等溫吸附模型,表明在磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)的過程中主要以單層吸附為主[32]。

表3 Langmuir和Freundlich等溫吸附模型擬合參數(shù)Table 3 Fitting parameters of Langmuir and Freundlich isothermal adsorption model

2.2.5吸附溫度對磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)的影響 圖6(a)為不同吸附溫度下磷酸三鈣對U(Ⅵ)的平衡吸附容量和去除率。由圖6(a)可知,隨著吸附溫度的升高,磷酸三鈣對U(Ⅵ)的吸附容量和去除率在不斷增大。考慮到環(huán)境溫度和實驗安全問題,選擇308 K作為吸附實驗的吸附溫度。圖6(b)是磷酸三鈣對U(Ⅵ)的吸附熱力學模型擬合圖,熱力學模型擬合公式如式(10—12)。

pH=3.0,固液比0.1 g/L,吸附時間60 min,ρ0=120 mg/L圖6 不同溫度下磷酸三鈣對U(Ⅵ)的平衡吸附容量和去除率(a)以及吸附熱力學模型擬合圖(b)Fig.6 Equilibrium adsorption capacity and removal ratio of U(Ⅵ) by tricalcium phosphate under different adsorption temperatures(a), and fitting picture of adsorption thermodynamic model(b)

(10)

(11)

ΔG=ΔH-TΔS

(12)

其中:V為鈾溶液體積,L;m為磷酸三鈣的質量,g;ρ0為U(Ⅵ)初始質量濃度,mg/L;ρe為吸附平衡時U(Ⅵ)的質量濃度,mg/L;K為熱力學平衡常數(shù),L/g;ΔS為熵變,J/(mol·K);ΔH為焓變,J/mol;R為理想氣體常數(shù),8.314 J/(mol·K);ΔG為Gibbs自由能變,J/mol;T為吸附溫度,K。

表4為磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)的吸附熱力學模型擬合參數(shù)。由表4可知,ΔH>0表明磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)為吸熱反應;ΔG<0表明磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)是自發(fā)反應過程;吸附溫度越高,ΔG越小,表明磷酸三鈣對U(Ⅵ)吸附傾向隨著吸附溫度的升高而增強[33]。

表4 吸附熱力學模型擬合參數(shù)Table 4 Fitting parameters of adsorption thermodynamic model

綜合pH、固液比、吸附時間、U(Ⅵ)初始濃度、吸附溫度等因素的影響實驗結果,在后續(xù)的磷酸三鈣對U(Ⅵ)的去除機理研究中,選擇的優(yōu)化吸附條件如下:pH=3.0、固液比0.1 g/L、吸附時間60 min、U(Ⅵ)初始質量濃度120 mg/L、吸附溫度308 K。

2.3 磷酸三鈣對U(Ⅵ)的去除機理

圖7 磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)前后的XRD圖譜(a)及FTIR光譜(b)Fig.7 XRD patterns(a) and FTIR spectra(b) of tricalcium phosphate before and after adsorption of U(Ⅵ)

2.3.2XPS分析 圖8(a)是磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)前后的XPS圖譜。由圖8(a)可知,磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)前后均有Ca、P、O元素,吸附U(Ⅵ)后的磷酸三鈣表面還出現(xiàn)U的特征峰(U5d、U4f、U4d),表明U(Ⅵ)被成功吸附到磷酸三鈣表面上。圖8(b)為磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)后U4f的XPS圖譜。由圖8(b)可知,382.08 eV和392.88 eV分別對應U(Ⅵ)特征的U4f7/2和U4f5/2反對稱伸縮振動雙峰,該結果表明,在磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)后,U(Ⅵ)的價態(tài)沒有發(fā)生改變,并未發(fā)生氧化還原反應[34]。

圖8 磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)前后的XPS圖譜(a)以及磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)后U4f的XPS圖譜(b)Fig.8 XPS spectra of tricalcium phosphate before and after adsorption of U(Ⅵ)(a), and XPS spectra of U4f after adsorption of U(Ⅵ) by tricalcium phosphate(b)

2.3.3SEM-EDS分析 圖9(a、b)分別為磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)后SEM圖及Spectrum 23位點EDS能譜圖。圖9(c、d)分別為磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)后SEM圖及Spectrum 24位點EDS能譜圖。表5為磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)后的表面化學元素含量。由圖9(a)可知,吸附U(Ⅵ)后磷酸三鈣Spectrum 23位點表面被針狀物質所覆蓋;如圖9(b)所示,該針狀物質由Ca、P、O、U四種元素組成;由表5可知,Spectrum 23位點針狀物質的Ca、P、O、U原子百分比接近于準鈣鈾云母(Ca(UO2)2(PO4)2·6H2O)理論原子百分比。由圖9(c)可知,位于Spectrum 24位點的物質是光滑平整的顆粒;如圖9(d)所示,該光滑平整的顆粒由Ca、P、O三種元素組成;由表5可知,Spectrum 24位點光滑平整顆粒的Ca、P、O原子百分比接近于磷酸三鈣(Ca3(PO4)2)的理論原子百分比。上述實驗結果表明,磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)后表面存在磷酸三鈣(Ca3(PO4)2)和準鈣鈾云母(Ca(UO2)2(PO4)2·6H2O)兩種晶相,該結果與磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)后XRD結果(圖7(a))一致。

圖9 磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)后Spectrum 23位點SEM圖(a)、Spectrum 23位點EDS圖譜(b)、Spectrum 24位點SEM圖(c)及Spectrum 24位點EDS圖譜(d)Fig.9 Spectrum 23 site SEM image(a), Spectrum 23 site EDS spectrum(b), Spectrum 24 site SEM image(c), and Spectrum 24 site EDS spectrum(d) of tricalcium phosphate after adsorption of U(Ⅵ)

表5 磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)后表面化學元素含量Table 5 Surface chemical element content of tricalcium phosphate after adsorption of U(Ⅵ)

2.3.4磷酸三鈣吸附U(Ⅵ)前后的溶解性 圖10(a)為磷酸三鈣在不同pH水溶液中的溶解性。由圖10(a)可知:在pH=2.0時,磷酸三鈣溶解出的Ca2+濃度(溶解度)達到最大值(319.33 mg/L);在pH=3.0時,溶解出的Ca2+的濃度減小至30.25 mg/L;在pH>3.0時,溶解出的Ca2+濃度均保持較低水平。圖10(b)為吸附U(Ⅵ)后的磷酸三鈣在不同pH水溶液中的溶解性。由圖10(b)可知,在pH=2.0時,吸附U(Ⅵ)后的磷酸三鈣溶解出較高濃度的Ca2+(76.57 mg/L);當pH由2.0增至6.0時,溶液中的Ca2+濃度逐漸降低至5.17 mg/L;此外,在pH=2.0時,吸附U(Ⅵ)后的磷酸三鈣溶解出較高濃度的U元素(28.07 mg/L);然而,在pH≥3.0時,溶解出的U元素濃度基本趨近于零;由于U元素主要來自吸附U(Ⅵ)后的磷酸三鈣表面新產(chǎn)生的準鈣鈾云母(Ca(UO2)2(PO4)2·6H2O),因此該實驗結果表明,準鈣鈾云母(Ca(UO2)2(PO4)2·6H2O)在pH≥3.0水溶液中具有較好的穩(wěn)定性。

25 mg磷酸三鈣和25 mg吸附U(Ⅵ)后磷酸三鈣分別置于25 mL水溶液中,pH=2.0～6.0,T=308 K圖10 磷酸三鈣(a)和吸附U(Ⅵ)后的磷酸三鈣(b)在不同pH水溶液中的溶解性Fig.10 Solubility of tricalcium phosphate(a) and tricalcium phosphate absorbed with U(Ⅵ)(b) in aqueous solution with different pH values

2.4 共存離子吸附實驗結果

金屬離子初始濃度見表1,pH=3.0,固液比0.1 g/L,吸附時間180 min,吸附溫度308 K圖11 共存離子溶液中磷酸三鈣對各金屬離子的平衡吸附容量和去除率Fig.11 Equilibrium adsorption capacity and removal ratio of tricalcium phosphate for various metal ions in coexisting ion solutions

表6 共存離子溶液中磷酸三鈣對各金屬離子的選擇性吸附參數(shù)Table 6 Selective adsorption parameters of tricalcium phosphate for various metal ions in coexisting ion solutions

3 結 論

本工作以碳酸鈣和磷酸氫二銨為原料,采用固相法合成了磷酸三鈣粉末,并探究其對U(Ⅵ)的吸附性能與機理,研究結果表明:

(1) 在pH=3.0、固液比0.1 g/L、吸附時間60 min、U(Ⅵ)初始質量濃度為120 mg/L、吸附溫度308 K的條件下,磷酸三鈣對U(Ⅵ)的平衡吸附容量達到999.25 mg/g;

(2) 磷酸三鈣去除U(Ⅵ)的反應符合準二級動力學模型(化學吸附)與Langmuir吸附模型(單層吸附),吸附過程為自發(fā)吸熱的過程;

(4) 在共存離子(Cr3+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Ba2+)溶液中,磷酸三鈣對U(Ⅵ)仍具有較好的去除性能和較強的選擇吸附能力。

由此可以看出,磷酸三鈣是一種有應用前景的可用于處理含U(Ⅵ)廢水的吸附材料。