姜蕓捷,王 繁,王興磊,郭治軍,張紅霞
蘭州大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,甘肅 蘭州 730000
按照中國核電中長期發(fā)展的規(guī)劃推測,截至2020年核電發(fā)電量將達(dá)我國發(fā)電總量的5%左右[1]。鈾是核能生產(chǎn)中最關(guān)鍵的燃料,其具有很強的化學(xué)毒性和放射性效應(yīng),在整個核燃料循環(huán)過程中產(chǎn)生的含鈾廢水如果得不到有效的治理,將會對人類健康構(gòu)成極其嚴(yán)重的危害[2]。因此,研究處理含鈾廢水的有效方法顯得尤為重要。目前從廢水中去除鈾的方法有化學(xué)沉淀法、溶劑萃取法、離子交換法、生物法以及吸附法等,它們各有自己的優(yōu)缺點[3-5],而吸附法因其經(jīng)濟高效、工藝簡單等優(yōu)點,在眾多方法中脫穎而出。研究吸附法的關(guān)鍵就在于研究出具有高容量與高選擇性的吸附劑[6]。
許多無機及有機材料都可以作為鈾的吸附劑,而偕胺肟基類材料因其肟基O原子和氨基N原子的孤對電子對鈾具有很強的螯合作用,是處理含鈾廢水的最佳有機吸附劑之一[7]。同時,在偕胺肟基類材料的基礎(chǔ)上引入羧基等官能團(tuán),可大大提高材料的親水性能及其對鈾的絡(luò)合能力[8]。高壓靜電紡絲法作為一種新的納米材料制備技術(shù),被廣泛地應(yīng)用于包括電池催化[9]、生物醫(yī)學(xué)[10]等在內(nèi)的各個領(lǐng)域,由其制備的納米材料孔隙率高且比表面積大,比普通材料在吸附領(lǐng)域的表現(xiàn)更為出色。Teng等[11]曾利用電紡絲技術(shù)制備出一種PVA/SiO2復(fù)合納米纖維膜,發(fā)現(xiàn)其可用作廢水中染料的高效吸附劑;而Hallaji等[12]用電紡絲法合成了一種PVA/ZnO復(fù)合納米纖維材料,其可以很好地從水溶液中去除U(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)以及Ni(Ⅱ)等金屬離子。
近年來曾有學(xué)者用靜電紡絲法合成過聚丙烯腈納米纖維[13-14],也有學(xué)者研究過功能化聚丙烯腈材料的制備及其應(yīng)用[15-16],但鮮少有關(guān)于電紡絲法制備功能化聚丙烯腈納米纖維并將其用于U(Ⅵ)的吸附的報道。本工作擬以聚丙烯腈(PAN)作為原料,利用靜電紡絲技術(shù)制備偕胺肟基聚丙烯腈納米纖維材料(AO-PAN),并將其堿法水解得到羧基/偕胺肟基聚丙烯腈納米纖維材料(AC-PAN)。用批式法對比研究U(Ⅵ)在AO-PAN和AC-PAN上的吸附行為,包括pH、離子強度、接觸時間、U(Ⅵ)初始濃度、溫度以及共存離子對吸附的影響,同時研究AO-PAN和AC-PAN的解吸與重復(fù)利用價值,為功能化聚丙烯腈納米纖維的制備及其用于U(Ⅵ)的吸附提供實驗和理論支撐。
SHA-C水浴恒溫振蕩器,常州國華電器有限公司;7200型紫外可見分光光度計,尤尼柯儀器有限公司;TG16-Ⅱ高速離心機,長沙平凡儀器儀表有限公司;DZF-6020真空干燥箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;FA1104電子天平,精度0.000 1 g,上海良平儀器儀表有限公司;DW-P303-1ACF0高壓直流數(shù)顯電源,東文高壓電源股份有限公司;TYD01-01-CE注射泵,保定雷弗流體科技有限公司;Apreo S掃描電子顯微鏡,美國Thermo公司;NEXUS 670傅立葉變換紅外光譜儀,美國Nicoler公司;Vario EL元素分析儀,德國Elementar公司;Zetasizer Nano系列Zeta電位,英國Malvern公司;PB-10酸度計,精度為0.01,賽多利斯科學(xué)儀器有限公司;AXIS Ultra DLD X射線光電子能譜儀,英國Kratos公司。
聚丙烯腈粉末,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;硝酸鈾酰,中核四零四有限公司;N,N-二甲基甲酰胺,天津化學(xué)試劑有限公司;硝酸,天津耀華化學(xué)試劑有限責(zé)任公司;偶氮胂Ⅲ,上海展云化工有限公司;無水碳酸鈉,天津市大茂化學(xué)試劑廠;氫氧化鈉,天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司;鹽酸羥胺,天津市凱通化學(xué)試劑有限公司。所用試劑除硝酸為優(yōu)級純外,其余均為分析純,溶液均由去離子水配制而成。
1.2.1AO-PAN納米纖維的制備 在250 mL的圓底燒瓶中加入100 mLN,N-二甲基甲酰胺以及16.00 g鹽酸羥胺固體,常溫攪拌至其完全溶解。稱取8.50 g氫氧化鈉粉末加入到燒瓶中,在常溫下劇烈攪拌30 min。向燒瓶中加入10.00 g PAN粉末,將反應(yīng)裝置密封好后在80 ℃下磁力攪拌反應(yīng)8 h。冷卻至室溫后將溶液轉(zhuǎn)移到離心管中,在10 000 r/min離心30 min取上清液,即可得到AO-PAN紡絲液。通過如圖1所示的靜電紡絲裝置制得AO-PAN納米纖維,并在50 ℃下真空干燥24 h。
1——微量注射泵,2——溶液注射器,3——高壓數(shù)顯直流電源,4——金屬收集裝置,5——金屬毛細(xì)針管,6——射流區(qū),7——不穩(wěn)定區(qū)
1.2.2AC-PAN納米纖維的制備 AO-PAN和AC-PAN的合成過程示于圖2。稱取5.00 g AO-PAN納米纖維,并將其加入到盛有200 mL0.20 mol/L的氫氧化鈉溶液中。加熱磁力攪拌1 h后,用去離子水反復(fù)洗滌至樣品呈中性。在50 ℃下真空干燥24 h,得到AC-PAN納米纖維材料。
圖2 AO-PAN和AC-PAN的合成示意圖
分別于10 mL聚乙烯離心試管中稱取適量的AO-PAN和AC-PAN納米纖維,并向其加入U(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)溶液、NaNO3溶液以及去離子水,使離心管中溶液總體積為5.00 mL。用NaOH和HNO3溶液調(diào)節(jié)體系pH后,置于水浴恒溫振蕩器中。吸附過程中,用0.1 mol/L NaOH 或 HNO3溶液微調(diào)體系pH至所需值。吸附結(jié)束后,離心30 min(10 000 r/min)并取出上清液,以偶氮胂Ⅲ溶液為顯色劑,通過紫外-可見分光光度法在652 nm處測定溶液中的U(Ⅵ)濃度。U(Ⅵ)的吸附率和吸附量可由公式(1)和(2)求出:
(1)
(2)
式中:R,U(Ⅵ)的吸附率,%;c0和ce分別表示U(Ⅵ)的初始濃度和平衡濃度,mol/L;q,U(Ⅵ)的吸附量,mol/g;V,體系中液相的體積,L;m,體系中吸附劑的質(zhì)量,g。
吸附實驗后,將富集了U(Ⅵ)的AO-PAN以及AC-PAN納米纖維在50 ℃下真空干燥至完全。重新向聚乙烯離心管中加入5.00 mL不同濃度的HNO3溶液和Na2CO3溶液作為解吸劑,密封包好并放入水浴恒溫振蕩器中反應(yīng)48 h。解吸結(jié)束后取出試管,離心并測量上清液中的U(Ⅵ)濃度。U(Ⅵ)解吸率可由公式(3)求出:
(3)
式中:D,U(Ⅵ)的解吸率,%;cd和cad分別表示解吸后上清液中和解吸前吸附劑上的U(Ⅵ)濃度,mol/L。選擇出AO-PAN和AC-PAN的最佳解吸劑,對其進(jìn)行三次吸附-解吸-吸附循環(huán)實驗,以評估AO-PAN和AC-PAN納米纖維的循環(huán)利用價值。
2.1.1掃描電鏡表征 工業(yè)PAN纖維與電紡絲法制備的AO-PAN納米纖維在掃描電鏡下的圖像示于圖3。由圖3可知:工業(yè)PAN纖維直徑大約為10 μm;靜電紡絲法制備的AO-PAN納米纖維材料粗細(xì)均勻,其平均直徑在200~300 nm,并且表面光滑沒有珠串的連結(jié),縮小為工業(yè)PAN纖維直徑的1/40。
圖3 工業(yè)PAN纖維(a)和AO-PAN納米纖維(b)的掃描電鏡圖
1——PAN,2——AO-PAN,3——AC-PAN
2.1.3元素分析 元素分析所得數(shù)據(jù)結(jié)果列入表1,根據(jù)其C、H和N含量的變化可以推斷合成材料上所存在官能團(tuán)的變化。由表1可知:AO-PAN中的w(C)/w(N)值比PAN中的w(C)/w(N)值有所降低,可以證明PAN納米纖維上的氰基成功地被鹽酸羥胺還原為偕胺肟基;而AC-PAN中的w(C)/w(N)值比AO-PAN又有所升高,且其w(C)/w(O)值比AO-PAN明顯降低,說明AO-PAN經(jīng)堿法水解后有羧基生成。
表1 PAN、AO-PAN和AC-PAN的元素分析結(jié)果
2.1.4Zeta電位 AO-PAN和AC-PAN隨pH變化的Zeta電位圖示于圖5。由圖5可知:隨著體系pH增大,AO-PAN和AC-PAN的Zeta電位呈下降趨勢,其中,AO-PAN零電荷點對應(yīng)的pH≈4.4,而AC-PAN零電荷點對應(yīng)的pH≈5.0。
c(NaNO3)=0.08 mol/L,m/V=0.14 g/L,T=298 K
2.2.1吸附動力學(xué)研究 圖6是接觸時間對U(Ⅵ)在AO-PAN和AC-PAN上吸附的影響。隨著接觸時間的增加,AO-PAN對U(Ⅵ)的吸附率先逐漸增大,隨后趨于平衡,達(dá)到平衡所需時間大約為36 h;AC-PAN對U(Ⅵ)達(dá)到吸附平衡很快,只需30 min,且AC-PAN對U(Ⅵ)達(dá)到吸附平衡時的吸附率遠(yuǎn)高于AO-PAN。這是由于AC-PAN中同時含有羧基和偕胺肟基,羧基的引入有效改善了材料的親水性能,提高了材料對U(Ⅵ)的絡(luò)合動力學(xué)效率,并且羧基本身也對U(Ⅵ)具有絡(luò)合作用[8]。此外根據(jù)Zeta電位結(jié)果表明,在pH=4.0時AC-PAN對帶正電荷的U(Ⅵ)的靜電斥力小于AO-PAN[14]。用準(zhǔn)一級動力學(xué)模型和準(zhǔn)二級動力學(xué)模型進(jìn)一步研究AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)的吸附機理,結(jié)果示于圖7,動力學(xué)擬合參數(shù)列入表2。準(zhǔn)一級和準(zhǔn)二級動力學(xué)模型可由公式(4)和(5)分別描述。
c0(U(Ⅵ))=4.00×10-4 mol/L,c(NaNO3)=0.08 mol/L,m/V=0.14 g/L,T=298 K,pH=4.0±0.1
c0(U(Ⅵ))=4.00×10-4 mol/L,c(NaNO3)=0.08 mol/L,m/V=0.14 g/L,T=298 K,pH=4.0±0.1
ln(qe-qt)=lnqe-k1t
(4)
(5)
式中:t,接觸時間,min;qe和qt分別表示平衡時和t時刻U(Ⅵ)的吸附量,mg/g;k1,準(zhǔn)一級動力學(xué)速率常數(shù),min-1;k2,準(zhǔn)二級動力學(xué)速率常數(shù),g/(mg·min)。表2結(jié)果表明,AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)吸附的準(zhǔn)二級動力學(xué)模型相關(guān)系數(shù)r2比準(zhǔn)一級動力學(xué)模型更接近1,且其準(zhǔn)二級動力學(xué)模型下擬合計算的理論吸附容量與實驗值更相符。說明AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)的吸附更符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型,在吸附過程中化學(xué)吸附占主導(dǎo)[15]。
表2 動力學(xué)擬合參數(shù)
c0(U(Ⅵ))=4.00×10-4 mol/L,c(NaNO3)=0.08 mol/L,m/V=0.14 g/L,T=298 K,t=48 h
2.2.3離子強度對吸附的影響 離子強度對U(Ⅵ)在AO-PAN和AC-PAN上吸附的影響示于圖9。由圖9可知,離子強度對U(Ⅵ)在AO-PAN上的吸附有微弱促進(jìn)作用,而對其在AC-PAN上的吸附影響較小。離子強度對吸附行為的影響可以用來區(qū)分吸附劑與吸附質(zhì)之間的絡(luò)合類型,如果離子強度的增大對吸附有促進(jìn)作用或者影響較小,則說明此時吸附劑與吸附質(zhì)之間形成的是內(nèi)層表面絡(luò)合物;而如果離子強度的增大對吸附有抑制作用,則說明此時吸附劑與吸附質(zhì)之間形成的是外層表面絡(luò)合物[18-19]。因此推測,AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)吸附的主導(dǎo)機制是形成內(nèi)層表面絡(luò)合物,它們之間存在化學(xué)鍵。其中,NaNO3溶液濃度在0~0.25 mol/L時,U(Ⅵ)在AC-PAN上的吸附率有一段微弱下降的趨勢,推測在低鹽度下AC-PAN對U(Ⅵ)吸附的主要機理是離子交換/外層表面絡(luò)合物[20]。
c0(U(Ⅵ))=4.00×10-4 mol/L,m/V=0.14 g/L,T=298 K,t=48 h,pH=4.0±0.1
2.2.4吸附等溫線及熱力學(xué)研究 不同U(Ⅵ)初始濃度和溫度下AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)的吸附結(jié)果示于圖10。由圖10可知:隨著U(Ⅵ)初始濃度的增大,AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)的吸附量逐漸增大,且U(Ⅵ)在AC-PAN上的吸附量始終高于其在AO-PAN上的;較高的溫度有利于U(Ⅵ)的吸附,說明吸附是吸熱反應(yīng)。用Langmuir、Freundlich以及Dubinin-Radushkevich吸附等溫線模型對298 K下的吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,結(jié)果示于圖11(a)—(c)和表3。Langmuir、Freundlich以及D-R等溫線模型可由公式(6)—(8)描述:
c(NaNO3)=0.08 mol/L,m/V=0.14 g/L,pH=4.0±0.1,t=48 h
c(NaNO3)=0.08 mol/L,m/V=0.14 g/L,pH=4.0±0.1,t=48 h
表3 等溫線模型相關(guān)參數(shù)
(6)
(7)
lnqe=lnqmax-βε2
(8)
式中:ce,平衡時液相中U(Ⅵ)的濃度,mol/L;qe,平衡時固相中U(Ⅵ)的濃度,mol/g;qmax,U(Ⅵ)的最大吸附容量,mol/g;KL,Langmuir模型平衡常數(shù),L/mol;n,F(xiàn)reundlich方程經(jīng)驗常數(shù);KF,F(xiàn)reundlich模型平衡常數(shù),mol1-nLn/g;β,平均自由能活度系數(shù),mol2/J2。而Polanyi電位ε和平均吸附自由能E(J/mol)可根據(jù)公式(9)和(10)計算:
(9)
(10)
式中:R,氣體常數(shù),8.314 J/(mol·K);T,絕對溫度,K。表3結(jié)果表明,相比于Freundlich模型,AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)的吸附都更符合Langmuir模型,說明AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)的吸附過程更符合單分子層吸附[21],其表面具有均勻的吸附能,并且每個U(Ⅵ)只占據(jù)一個吸附位點[22]。在T=298 K時,AC-PAN對U(Ⅵ)的最大吸附容量為3.33 mmol/g,是AO-PAN的8倍左右。而根據(jù)D-R模型,AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)的平均吸附自由能均高于8 kJ/mol,說明其對鈾的吸附是以化學(xué)吸附為主[23]。吸附分配系數(shù)Kd(mL/g)可由公式(11)計算,熱力學(xué)參數(shù)焓ΔH(kJ/mol)、熵ΔS(J/(mol·K))和吉布斯自由能ΔG(kJ/mol)可通過公式(12)和(13)計算:
(11)
(12)
ΔG=ΔH-TΔS
(13)
圖11(d)是U(Ⅵ)在AO-PAN和AC-PAN上吸附的lnKd對T-1的線性擬合圖,由其斜率和截距計算所得的熱力學(xué)參數(shù)列于表4。ΔH>0,說明AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)的吸附是一個吸熱的過程;ΔS>0,表明隨著吸附的進(jìn)行,體系混亂度增大;ΔG<0,說明AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)的吸附行為是一個自發(fā)的過程,并且ΔG的值會隨著溫度的升高而減小,表明較高的溫度有利于U(Ⅵ)的吸附[24],這與實驗結(jié)果一致。
表4 不同溫度下熱力學(xué)參數(shù)
2.2.5共存離子對吸附的影響 幾種與U(Ⅵ)相同濃度的常見陽離子存在時,U(Ⅵ)的吸附情況示于圖12。由圖12可知,在其他競爭離子存在時,AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)的吸附率并沒有明顯下降,說明其對U(Ⅵ)具有良好的吸附選擇性。其中,Cd(Ⅱ)對U(Ⅵ)吸附的影響最小,而Cr(Ⅱ)對U(Ⅵ)吸附的影響最大。
c0(U(Ⅵ))=4.00×10-4 mol/L,c(NaNO3)=0.08 mol/L,m/V=0.14 g/L,T=298 K,t=48 h,pH=4.0±0.1
材料是否可解吸與重復(fù)利用,是判斷其經(jīng)濟實用性的重要依據(jù)。不同濃度HNO3溶液和Na2CO3溶液對富集U(Ⅵ)后的AO-PAN和AC-PAN的解吸情況示于圖13。由圖13可知:隨著解吸劑濃度增大,U(Ⅵ)的解吸率逐漸增大,HNO3溶液對U(Ⅵ)的解吸率高于Na2CO3溶液,且U(Ⅵ)在AO-PAN上的解吸率均高于其在AC-PAN上的。其中,Na2CO3溶液濃度在0~0.20 mol/L時,U(Ⅵ)在AC-PAN上的解吸率有一段先急劇增大后下降的趨勢,這與低鹽度下U(Ⅵ)在AC-PAN上吸附機理涉及到的離子交換有關(guān)。
c0(U(Ⅵ))=4.00×10-4 mol/L,c(NaNO3)=0.08 mol/L,m/V(AO-PAN)=2.00 g/L,m/V(AC-PAN)=0.50 g/L,T=298 K,t=48 h,pH=4.0±0.1
雖然HNO3溶液對U(Ⅵ)的解吸效果略優(yōu)于Na2CO3溶液,但較低濃度的HNO3溶液對U(Ⅵ)的解吸率不高,而當(dāng)HNO3溶液濃度達(dá)到0.10 mol/L時會破壞材料的結(jié)構(gòu),影響其重復(fù)利用性能。因此選擇2.00 mol/L的Na2CO3溶液處理富集U(Ⅵ)后的AO-PAN和AC-PAN,并進(jìn)行三次吸附-解吸-吸附實驗,結(jié)果示于圖14。由圖14可知:經(jīng)過三次的吸附-解吸-吸附過程,AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)的吸附率仍能維持在99%以上,說明AO-PAN和AC-PAN具有優(yōu)異的重復(fù)利用性能,是經(jīng)濟實用的U(Ⅵ)吸附劑。
c0(U(Ⅵ))=4.00×10-4 mol/L,c(NaNO3)=0.08 mol/L,m/V(AO-PAN)=2.00 g/L,m/V(AC-PAN)=0.50 g/L,T=298 K,t=48 h,pH=4.0±0.1,c(Na2CO3)=2.00 mol/L
AO-PAN和AC-PAN吸附U(Ⅵ)前后的XPS譜圖示于圖15。與圖15(a)相比,圖15(b)和(c)上出現(xiàn)了U(Ⅵ)的特征峰,說明U(Ⅵ)確實被吸附到了AO-PAN和AC-PAN上。對于AO-PAN,未吸附U(Ⅵ)時其N 1s光譜可擬合為兩個峰,分別對應(yīng)—NH2(E=397.3 eV)和—NOH(E=397.9 eV)(圖15(d)),而吸附U(Ⅵ)后,在E=404.6 eV處出現(xiàn)了一個新的N 1s峰(圖15(h)),同時對應(yīng)于—NH2的N 1s峰偏移了0.1 eV,可認(rèn)為是氨基N與U絡(luò)合的結(jié)果;未吸附U(Ⅵ)時其O 1s光譜可擬合為兩個峰,分別對應(yīng)—OH(E=531.2 eV)和N—O(E=530.3 eV)(圖15(e)),而吸附U(Ⅵ)后,在E=531.9 eV處出現(xiàn)了一個新的O 1s峰(圖15(i)),可認(rèn)為是肟基O與U絡(luò)合的結(jié)果。對于AC-PAN,未吸附U(Ⅵ)時其N 1s光譜可擬合為兩個峰,分別對應(yīng)—NH2(E=397.3 eV)和—NOH(E=397.9)(圖15(f)),而吸附U(Ⅵ)后,在E=405.2 eV處出現(xiàn)了一個新的N 1s峰,同時對應(yīng)于—NH2的N 1s峰偏移了0.2 eV(圖15(j)),可認(rèn)為是氨基N與U絡(luò)合的結(jié)果;未吸附U(Ⅵ)時其O 1s光譜可擬合為三個峰,分別對應(yīng)—OH(E=531.2 eV)、N—O(E=530.3 eV)和C—O(E=529.5 eV)(圖15(g)),而吸附U(Ⅵ)后,在E=531.9 eV處出現(xiàn)了一個新的O 1s峰,同時對應(yīng)于N—O的O 1s峰偏移了0.3 eV,對應(yīng)于C—O的O 1s峰偏移了0.5 eV(圖15(k)),可認(rèn)為肟基O與羧基O共同參與了對U(Ⅵ)的絡(luò)合。綜上所述,AO-PAN對U(Ⅵ)的主要作用機理可能是其偕胺肟基上的氨基N和肟基O與U(Ⅵ)絡(luò)合;而AC-PAN對U(Ⅵ)作用的主要機理可能是其偕胺肟基上的氨基N和肟基O以及其羧基上的O共同與U(Ⅵ)絡(luò)合[6]。
(a)——AO-PAN和AC-PAN吸附U(Ⅵ)前的XPS全譜圖,(b)——AO-PAN和AC-PAN吸附U(Ⅵ)后的XPS全譜圖,(c)——U 4f的高分辨譜圖,(d)——AO-PAN吸附U(Ⅵ)前的N 1s高分辨譜圖,(e)——AO-PAN吸附U(Ⅵ)前的O 1s高分辨譜圖,(f)——AC-PAN吸附U(Ⅵ)前的N 1s高分辨譜圖,(g)——AC-PAN吸附U(Ⅵ)前的O 1s高分辨譜圖,(h)——AO-PAN吸附U(Ⅵ)后的N 1s高分辨譜圖,(i)——AO-PAN吸附U(Ⅵ)后的O 1s高分辨譜圖,(j)——AC-PAN吸附U(Ⅵ)后的N 1s高分辨譜圖,(k)——AC-PAN吸附U(Ⅵ)后的O 1s高分辨譜圖
(1)通過電紡絲法成功制備了偕胺肟基聚丙烯腈納米纖維材料AO-PAN以及羧基/偕胺肟基聚丙烯腈納米纖維材料AC-PAN。AO-PAN納米纖維的直徑約為200~300 nm,縮小為工業(yè)PAN纖維直徑的1/40。
(2)AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)吸附的最佳pH均在6左右;離子強度對U(Ⅵ)在AO-PAN上的吸附有微弱促進(jìn)作用,而對其在AC-PAN上的吸附影響不大,說明AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)吸附的主要機理是形成內(nèi)層表面絡(luò)合物。
(3)AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)的吸附符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和Langmuir等溫線模型。AC-PAN對U(Ⅵ)吸附達(dá)到平衡只需30 min,其最大吸附容量為3.33 mmol/g,約為AO-PAN的8倍;熱力學(xué)研究表明AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)的吸附是自發(fā)行為,且吸附過程是吸熱反應(yīng)。
(4)AO-PAN和AC-PAN對U(Ⅵ)具有良好的吸附選擇性,有利于其在干擾離子存在的情況下處理含鈾廢水;AO-PAN和AC-PAN經(jīng)2.00 mol/L的Na2CO3溶液處理后可重復(fù)利用3次以上,在含鈾廢水處理方面具有很好的商業(yè)前景。
(5)XPS譜圖分析表明,AO-PAN對U(Ⅵ)的吸附機理可能是其偕胺肟基上的氨基N和肟基O與U絡(luò)合;而AC-PAN則是其偕胺肟基上的氨基N和肟基O以及其羧基上的O共同與U絡(luò)合。