高岭土吸附动力学及热力学研究.docx

《高岭土吸附动力学及热力学研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高岭土吸附动力学及热力学研究.docx（12页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、高岭土吸附动力学及热力学研究采用静态法研究了铀在高岭土上的吸附特性，讨论了、离子强度、接触时间、温度、腐殖酸等对在高岭土上吸附的影响以宏观吸附实验为基础，对高岭土进行线衍射和扫描电镜表征，并讨论了铀在高岭土上的吸附动力学及热力学行为结果讲明，准二级动力学模型能够用来描绘铀在高岭土上的吸附通过对溶液值和离子强度因素的研究，溶液值对铀的吸附影响比离子强度对铀的吸附影响更大在较低值下，腐殖酸对吸附有加强的作用；在较高值下，腐殖酸对吸附有抑制作用模型可较好地描绘高岭土对的吸附经过高岭土对的吸附为自发且吸热的经过，主要是外表单分子层吸附关键词：高岭土；铀；吸附；动力学；热力学放射性废物是由于核技术的开发

2、和利用所带来的，核技术的发展在给人类带来了宏大经济效益的同时，也带来了危害铀矿采冶、核武器生产等核燃料循环表明了科技的进步，但他们产生的放射性废物进入环境中，潜在地危害了人类的健康，怎样来处理这些问题成为了全球性难题含铀废水的直接排放会造成土壤和水的污染，对人体健康也会造成影响因此，污水在排入水体前应进行有效的处理在废水处理中，吸附法是一种经过实践证实了的有效的方法，铀的去除率高，操作简便而自然界土壤中的黏土矿物是一种很好的吸附材质，它能够将放射性核素长期滞留在一定区域内作为重要的黏土矿物，高岭土是红壤、膨润土的组成成分之一，有相对简单的晶体构造，且具有较好的理化性质本文着重对在高岭土上的吸附

3、行为进行研究，讨论吸附动力学和吸附热力学，并讨论在高岭土上的吸附机理实验部分仪器微量铀分析仪杭州大吉光电仪器有限公司；数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；线衍射仪，日本日立公司；低速离心机型，上海安亭科学仪器厂试剂铀标准溶液，质量浓度为；高岭土悬浮液，质量浓度为；腐殖酸溶液，质量浓度为；溶液，；溶液，；溶液，溶液，；实验经过中所有溶液配置均采用超纯水实验流程在高岭土上的吸附实验根据实验要求分别在个温度下进行在某一温度下，首先分别取的高岭土悬浮液及的铀标准溶液置于一定数量的锥形瓶，根据不同的实验条件，再分别参加一定量的、或溶液，定容至，恒温振荡一定时间的吸附到达平衡后，移取溶液于离心管中，

4、在一定速度下离心，再取上清液，以微量铀分析仪分析的含量，计算在高岭土上的吸附百分数，进而求出的吸附量用下面的式来计算在高岭土上的吸附百分数吸附百分数，其中，为吸附前溶液中的质量浓度，为吸附平衡时上清液中的质量浓度在平衡时的吸附量，由式计算，平衡时的分配系数，由式计算，其中，是水溶液的体积，是吸附剂的质量结果与讨论高岭土的与表征结晶较好的高岭土通常呈六边形层片状构造从图能够看出，该高岭土颗粒的形貌主要为六边形层片状构造，不同构造的粒径不同，通常为颗粒的外表凹凸不平，有较多突起及沟壑，颗粒周围严密伴生着其他细粒矿物测试在型线衍射仪上进行图为高岭土的线衍射分析图由图能够看出，样品中的主要矿物成分为高

5、岭土，此外，样品中还含有一定量的石英及离子强度对在高岭土上吸附的影响是影响在高岭土上吸附的重要因素以固体悬浮液的值为横坐标，以铀在高岭土上的吸附率为纵坐标作图，固体悬浊液中的质量浓度在不同离子强度、的上的吸附实验结果见图离子强度为、的对在高岭土上吸附的影响见图内高岭土吸附的吸附率突然上升，在时，吸附率随着值的升高而减小从图能够看出在高岭土上吸附对离子强度的变化不敏感，由此能够假定，在高岭土上的吸附经过中产生了配位化合物比拟图中在高岭土上的吸附率随悬浮液的变化趋势，当悬浮液值在时，吸附率随之增加；高岭土对的吸附在时降低溶液中的铀的形态随着的变化而变化，初始溶液中的铀以形式存在，随着悬浮液中的变化

6、，溶液中的铀发生水解当悬浊液值较低时，溶液中的铀酰离子不易与高岭土的吸附位点结合，故导致高岭土对铀吸附效率较低；随着值升高，铀的水解产物的产生促进了铀与高岭土外表吸附位点的结合时吸附率下降可能是由于高下铀的物种构成发生改变引起的不同离子对在高岭土上的吸附行为影响见图由图可见，在一样浓度的条件下，与随着的增加其吸附率接近，、与这个一价阳离子的变化趋势基本一致，而随的增加变化波动较大实验结果表明，离子强度对在高岭土上的吸附的影响基本一样的影响波动较大，主要原因可能是与反响经过中参加的荧光加强剂发生反响腐殖酸对在高岭土上吸附的影响腐殖酸对放射性核素的吸附行为会有很大的影响本实验用不同浓度的腐殖酸，来

7、研究高岭土对铀的吸附影响图为不同浓度的腐殖酸对铀在高岭土上的吸附的影响通过图能够得到，在不同腐殖酸存在的情况下，吸附效率与无腐殖酸时相比得到明显的加强，的腐殖酸比的腐殖酸略微加强在内，在腐殖酸存在的情况下，悬浮液的值越高，高岭土对铀的吸附效率加强；在时，随着悬浮液的的上升，腐殖酸对铀的吸附作用的影响减弱；在时，吸附率基本到达稳定这是由于吸附经过中产生得铀腐殖酸络合物导致的在悬浮液值较低，腐殖酸浓度较高，高岭土外表、铀结合，构成高岭土腐殖酸铀的络合物，因此络合物能提高高岭土对铀的吸附能力随着值上升，会有铀腐殖酸络合物的构成，进而导致这个影响变弱，相对的高岭土对铀的吸附作用也会减弱接触时间对在高岭

8、土上吸附的影响在高岭土上的吸附动力学模型在高岭土上的吸附动力学经过能够采用准一级动力学及准二级动力学方程来进行描绘，以动力学理论为基础来讨论铀的吸附反响经过在高岭土上吸附的准一级动力学线性模型在高岭土上吸附的准二级动力学线性模型此处，是在相应时间时铀在高岭土上的吸附量，是吸附反响后的平衡吸附量是准一级动力学的吸附速率常数是准二级动力学的吸附速率常数平衡时间对铀在高岭土上的吸附行为影响见图由图能够得到，高岭土对的吸附在左右可到达平衡状态，吸附率在之后基本趋于稳定、由准一级和准二级动力学模型的拟合直线计算得来的：以对作图，通过对直线斜率和截距的计算，通过图，可求得和计算结果如下：，以对作图，通过图

9、可求得及的值计算结果如下：，通过对实验结果进行分析，所得到的动力学实验数据结果比拟符合准二级动力学模型，这能够讲明准二级动力学方程比准一级动力学方程更好地描绘铀在高岭土上的吸附经过这是由于准二级动力学模型不仅考虑了外部扩散、外表吸附的问题，而且考虑了它的内部扩散作用，吸附反响是一个复杂、综合的经过在高岭土上吸附经过的韦伯莫里斯内扩散模型高岭土对铀的吸附动力学模型还可用韦伯莫里斯内扩散模型来描绘，韦伯莫里斯内扩散模型常用来分析反响中的控制步骤，方程式可用式表示：，式中，为内扩散率常数，；是涉及到厚度、边界层的常数；表示时刻的吸附量，对作图，假如是直线且经过原点，则讲明内扩散由单一速率控制将韦伯莫

10、里斯内扩散模型数据分段进行线性拟合，所做实验曲线见图，由韦伯莫里斯内扩散模型得到的相关常数如表所示高岭土的吸附经过分为吸附剂的外表吸附和粒子的内部扩散经过个吸附经过，从图能够得到，韦伯莫里斯内扩散模型所得到的段曲线线性拟合情况较好，讲明高岭土的主要吸附经过为粒子的内部扩散经过但韦伯莫里斯内扩散模型拟合得到的直线都没有经过原点，讲明内扩散经过不是控制高岭土吸附经过的唯一步骤，高岭土对铀的吸附经过比拟复杂，外表吸附扩散经过不可忽略不同温度对在高岭土上吸附的影响用吸附等温线能够来判定高岭土吸附铀现象的本质本文采用等温吸附方程和等温吸附方程来进一步研究高岭土对铀的吸附经过，等温吸附方程如下：等温吸附方

11、程其中，为吸附反响平衡时的吸附量；为离心分离后最终上清液的浓度；是平衡时最大的吸附容量，与吸附位有关；是和吸附温度有关的吸附平衡常数；是与温度、体系有关的常数，其值大小表示浓度对吸附量影响的强弱；为吸附容量，随温度的升高而降低；对作图，可计算得到吸附等温线下的，即值为其斜率在高岭土上吸附的吸附等温线图为不同温度下，在高岭土上的吸附等温线由图可见，随着温度的升高，吸附等温线的高度不断降低，的值变小，进而能够讲明高温有利于吸附反响的进行当温度为时，随增大，的值增大，表明在固相中的分布增速没有液相中那么快，因而的值会出现增大的趋势由式和图可得出等温吸附方程的相关参数，其计算结果如表所示在高岭土上吸附

12、的吸附等温线由图可见，个温度下的等温线依温度高低作上下分布，时等温线位置最高，时位置最低由图可见，温度越高，越有利于吸附反响进行同时，随温度升高，各温度下的分别为、和可见，的值总体上随温度的升高而增大，这也讲明高温有利于吸附反响的进行在高岭土上吸附的热力学函数由下式计算：，其中，为开氏温度，为理想气体常数将计算结果列于表由表计算结果可知，吸附热力学函数的大于零，小于零，讲明铀在高岭土上的吸附行为是一个自发的且吸热得经过的绝对值随着温度的升高而逐步变大，由此可知温度能够促进高岭土对铀的吸附反响的进行由图、和表、可见，等温吸附方程更好地拟合了实验数据，相关系数都到达以上；模型能够更好地对铀在高岭土

13、上的吸附经过进行描绘本文通过静态法研究了不同条件下在高岭土上的吸附行为特性，初步得到了下面结论：对在高岭土上的吸附行为有很大的影响，高岭土吸附的吸附率自迅速上升，吸附率在时随着值的升高而降低，的最大吸附量为悬浊液时对应的值离子强度对在高岭土上吸附的影响不是很大讲明铀在高岭土的吸附经过中产生了配位化合物不同离子对高岭土上的吸附经过影响大致一样在内，在腐殖酸存在的情况下，悬浮液的越高，高岭土对铀的吸附效率加强；在时，随着悬浮液的的上升，腐殖酸对铀的吸附作用的影响减弱；在时，吸附率基本到达稳定高岭土对的吸附约可到达吸附平衡状态，吸附率在之后基本趋于稳定准二级动力学方程比准一级动力学方程更好的描绘铀在高岭土上的吸附经过温度会促进高岭土对铀的吸附，温度越高，吸附率越高由热力学函数计算结果，可知在高岭土上的吸附是吸热且自发的经过等温吸附方程更好地拟合了实验数据，相关系数都到达以上高岭土对铀的吸附为单分子层吸附