梁詩(shī)敏，于濤

(1.東華理工大學(xué) 省部共建核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，江西 南昌 330013；2.東華理工大學(xué) 核科學(xué)與工程學(xué)院，江西 南昌 330013)

?

鈾在高嶺土上的吸附動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)研究

梁詩(shī)敏1,2，于濤1,2

(1.東華理工大學(xué) 省部共建核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，江西 南昌 330013；2.東華理工大學(xué) 核科學(xué)與工程學(xué)院，江西 南昌 330013)

采用靜態(tài)法研究了鈾(U(Ⅵ))在高嶺土上的吸附特性，探討了pH、離子強(qiáng)度、接觸時(shí)間、溫度、腐殖酸等對(duì)U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的影響.以宏觀吸附實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)高嶺土進(jìn)行X線衍射(XRD)和掃描電鏡(SEM)表征，并討論了鈾(U(Ⅵ))在高嶺土上的吸附動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)行為.結(jié)果說(shuō)明，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型可以用來(lái)描述鈾在高嶺土上的吸附.通過對(duì)溶液pH值和離子強(qiáng)度因素的研究，溶液pH值對(duì)鈾的吸附影響比離子強(qiáng)度對(duì)鈾的吸附影響更大.在較低pH值下，腐殖酸對(duì)吸附有加強(qiáng)的作用；在較高pH值下，腐殖酸對(duì)吸附有抑制作用.Freundlich模型可較好地描述高嶺土對(duì)U(Ⅵ)的吸附過程.高嶺土對(duì)U(Ⅵ)的吸附為自發(fā)且吸熱的過程，主要是表面單分子層吸附.

高嶺土；鈾；吸附；動(dòng)力學(xué)；熱力學(xué)

放射性廢物是由于核技術(shù)的開發(fā)和利用所帶來(lái)的[1]，核技術(shù)的發(fā)展在給人類帶來(lái)了巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也帶來(lái)了危害.鈾礦采冶、核武器生產(chǎn)等核燃料循環(huán)表明了科技的進(jìn)步，但他們產(chǎn)生的放射性廢物進(jìn)入環(huán)境中，潛在地危害了人類的健康，如何來(lái)處理這些問題成為了全球性難題[2].含鈾廢水的直接排放會(huì)造成土壤和水的污染，對(duì)人體健康也會(huì)造成影響.因而，污水在排入水體前應(yīng)進(jìn)行有效的處理[3].在廢水處理中，吸附法[4]是一種經(jīng)過實(shí)踐證明了的有效的方法，鈾的去除率高，操作簡(jiǎn)便.而自然界土壤中的黏土礦物是一種很好的吸附材質(zhì)，它可以將放射性核素長(zhǎng)期滯留在一定區(qū)域內(nèi)[5].作為重要的黏土礦物，高嶺土是紅壤、膨潤(rùn)土的組成成分之一，有相對(duì)簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)，且具有較好的理化性質(zhì).

本文著重對(duì)U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附行為進(jìn)行研究，討論吸附動(dòng)力學(xué)和吸附熱力學(xué)，并探討U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附機(jī)理.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

微量鈾分析儀(杭州大吉光電儀器有限公司)；數(shù)控超聲波清洗器(KQ-100DE，昆山市超聲儀器有限公司)；X線衍射儀(D/max-400，日本日立公司)；低速離心機(jī)(80-2型，上海安亭科學(xué)儀器廠).

1.2 試劑

鈾標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度為1 000 ng/mL；高嶺土懸浮液，質(zhì)量濃度為1 g/L；腐殖酸溶液，質(zhì)量濃度為1 g/L；NaCl溶液，1 mol/L；LiCl溶液，1 mol/L；KCl溶液，1 mol/L，CaCl2溶液，1 mol/L；實(shí)驗(yàn)過程中所有溶液配置均采用超純水.

1.3 實(shí)驗(yàn)流程

U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附實(shí)驗(yàn)按照實(shí)驗(yàn)要求分別在4個(gè)溫度下進(jìn)行.在某一溫度下，首先分別取2 mL的高嶺土懸浮液及0.5 mL的鈾標(biāo)準(zhǔn)溶液置于一定數(shù)量的250 mL錐形瓶，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件，再分別加入一定量的HA、LiCl、NaCl、KCl或CaCl2溶液，定容至50 mL，恒溫振蕩一定時(shí)間.U(Ⅵ)的吸附達(dá)到平衡后，移取15 mL溶液于離心管中，在一定速度下離心10 min，再取上清液5 mL，以微量鈾分析儀分析U(Ⅵ)的含量，計(jì)算U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附百分?jǐn)?shù)，進(jìn)而求出U(Ⅵ)的吸附量.

用下面的(1)式來(lái)計(jì)算U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附百分?jǐn)?shù)[6]

(1)

其中，c0(ng/mL)為吸附前溶液中U(Ⅵ)的質(zhì)量濃度，ceq(ng/mL)為吸附平衡時(shí)上清液中U(Ⅵ)的質(zhì)量濃度.U(Ⅵ)在平衡時(shí)的吸附量(q，mol/g)由式(2)計(jì)算，平衡時(shí)的分配系數(shù)(Kd，L/g)由式(3)計(jì)算[7]

(2)

(3)

其中，V(L)是水溶液的體積，m(g)是吸附劑的質(zhì)量.

2 結(jié)果與討論

2.1 高嶺土的SEM與XRD表征

結(jié)晶較好的高嶺土通常呈六邊形層片狀結(jié)構(gòu)[8].從圖1可以看出，該高嶺土顆粒的形貌主要為六邊形層片狀結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)的粒徑不同，通常為0.1～1 μm.顆粒的表面凹凸不平，有較多突起及溝壑，顆粒周圍緊密伴生著其他細(xì)粒礦物.

XRD測(cè)試在D/max-400型X線衍射儀上進(jìn)行.圖2為高嶺土的X線衍射分析圖.由圖2可以看出，樣品中的主要礦物成分為高嶺土，此外，樣品中還含有一定量的石英.

圖1 高嶺土的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像Fig.1 SEM micrographs of kaolin

圖2 高嶺土的X線衍射(XRD)分析Fig.2 XRD patterns of kaoline

2.2 pH及離子強(qiáng)度對(duì)U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的影響

pH是影響U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的重要因素.以固體懸浮液的pH值為橫坐標(biāo)，以鈾在高嶺土上的吸附率為縱坐標(biāo)作圖，固體懸濁液中U(Ⅵ)的質(zhì)量濃度([U(Ⅵ)]=1 000 ng/mL)在不同離子強(qiáng)度(2、5 mL的NaCl)上的吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3.

T=(293.15±1)K，ρ(固體吸附劑)=0.04 g/L,cU(Ⅵ)initial=4.20×10-6 mol/L.圖3 pH及離子強(qiáng)度對(duì)U(Ⅵ)在高嶺土上吸附行為的影響Fig.3 Effect of pH and ionic strength on the adsorption of U(Ⅵ) on kaolin

T=(293.15±1)K，ρ(固體吸附劑)=0.04 g/L,cU(Ⅵ)initial=4.20×10-6 mol/L.圖4 陽(yáng)離子對(duì)U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附行為的影響Fig.4 Adsorption of U(Ⅵ) on kaolin as a function of different cations

由圖4可見，在相同濃度的條件下，LiCl與KCl隨著pH的增加其吸附率接近，LiCl、KCl與NaCl這3個(gè)一價(jià)陽(yáng)離子的變化趨勢(shì)基本一致，而CaCl2隨pH的增加變化波動(dòng)較大.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，離子強(qiáng)度對(duì)U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附的影響基本相同.Ca2+的影響波動(dòng)較大，主要原因可能是Ca2+與反應(yīng)過程中加入的熒光增強(qiáng)劑發(fā)生反應(yīng).

2.3 腐殖酸(HA)對(duì)U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的影響

T=(293.15±1)K，ρ(固體吸附劑)=0.04 g/L,cU(Ⅵ)initial=4.20×10-6mol/L.圖5 腐殖酸對(duì)U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附行為的影響Fig.5 Adsorption of U(Ⅵ) on kaolin as a function of humic acid

腐殖酸對(duì)放射性核素的吸附行為會(huì)有很大的影響.本實(shí)驗(yàn)用不同濃度的腐殖酸(VHA=0，0.5,1 mL)來(lái)研究高嶺土對(duì)鈾的吸附影響.圖5為不同濃度的腐殖酸(HA)對(duì)鈾在高嶺土上的吸附的影響.通過圖5可以得到，在不同腐殖酸存在的情況下，吸附效率與無(wú)腐殖酸時(shí)相比得到明顯的增強(qiáng)，1 mL的腐殖酸比0.5 mL的腐殖酸稍微加強(qiáng).在pH 2～5內(nèi)，在腐殖酸存在的情況下，懸浮液的pH值越高，高嶺土對(duì)鈾的吸附效率增強(qiáng)；在pH>10時(shí)，隨著懸浮液的pH的上升，腐殖酸對(duì)鈾的吸附作用的影響減弱；在5

2.4 接觸時(shí)間對(duì)U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的影響

2.4.1 U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附動(dòng)力學(xué)模型

U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附動(dòng)力學(xué)過程可以采用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)及準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程來(lái)進(jìn)行描述[10]，以動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)來(lái)探討鈾的吸附反應(yīng)過程.

U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)線性模型

1n(qe-qt)=1nqe-k1t.

(4)

U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)線性模型

(5)

此處，qt(mg/g)是在相應(yīng)時(shí)間t時(shí)鈾在高嶺土上的吸附量，qe(mg/g)是吸附反應(yīng)后的平衡吸附量.k1(h-1)是準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)的吸附速率常數(shù).k2(g/(mg·h))是準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)的吸附速率常數(shù).

平衡時(shí)間對(duì)鈾在高嶺土上的吸附行為影響見圖6.由圖6a可以得到，高嶺土對(duì)U(Ⅵ)的吸附在10 h左右可達(dá)到平衡狀態(tài)，吸附率在10 h之后基本趨于穩(wěn)定.

qe、k1、k2由準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的擬合直線計(jì)算得來(lái)的：以ln(qe-qt)對(duì)t作圖，通過對(duì)直線斜率和截距的計(jì)算，通過圖6b，可求得k1和qe.計(jì)算結(jié)果如下：T=293.15 K，R2=0.977，qe=0.012 mg/g，k1=0.109 6 h-1.以t/qt對(duì)t作圖，通過圖6c可求得k2及qe的值.計(jì)算結(jié)果如下：T=293.15 K，R2=0.988，qe=0.081 mg/g,k2=15.625 g/(mg·h).

a.高嶺土上的吸附率；b.吸附的準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)；c.吸附的準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué).T=(293.15±1)K，ρ(固體吸附劑)=0.04 g/L.圖6 U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附的準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)與準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)Fig.6 Effect of the pseudo-first-order kinetic and the pseudo-second-order kinetic on the adsorption of U(Ⅵ) on kaolin.

pH=5.5±0.05 ,ρ(固體吸附劑)=0.04 g/L.圖7 不同溫度下U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的韋伯-莫里斯內(nèi)擴(kuò)散模型擬合曲線Fig.7Fitted curves of Weber-Morris of U(Ⅵ) adsorption on kaolin at different temperatures

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，所得到的動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果比較符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，這可以說(shuō)明準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程比準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程更好地描述鈾在高嶺土上的吸附過程.這是因?yàn)闇?zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型不僅考慮了外部擴(kuò)散、表面吸附的問題，而且考慮了它的內(nèi)部擴(kuò)散作用，吸附反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜、綜合的過程.

2.4.2 U(Ⅵ)在高嶺土上吸附過程的韋伯-莫里斯內(nèi)擴(kuò)散模型

高嶺土對(duì)鈾的吸附動(dòng)力學(xué)模型還可用韋伯-莫里斯內(nèi)擴(kuò)散模型來(lái)描述，韋伯-莫里斯內(nèi)擴(kuò)散模型常用來(lái)分析反應(yīng)中的控制步驟，方程式可用式(6)表示[11-12]：

(6)

式中，ke為內(nèi)擴(kuò)散率常數(shù)，mg/(g·min1/2)；H是涉及到厚度、邊界層的常數(shù)；qt表示t時(shí)刻的吸附量，mg/g.qt對(duì)t1/2作圖，如果是直線且經(jīng)過原點(diǎn)，則說(shuō)明內(nèi)擴(kuò)散由單一速率控制.將韋伯-莫里斯內(nèi)擴(kuò)散模型數(shù)據(jù)分2段進(jìn)行線性擬合，所做實(shí)驗(yàn)曲線見圖7，由韋伯-莫里斯內(nèi)擴(kuò)散模型得到的相關(guān)常數(shù)如表1所示.

表1 不同溫度下U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的韋伯-莫里斯內(nèi)擴(kuò)散模型的相關(guān)系數(shù)

高嶺土的吸附過程分為吸附劑的表面吸附和粒子的內(nèi)部擴(kuò)散過程2個(gè)吸附過程，從圖7可以得到，韋伯-莫里斯內(nèi)擴(kuò)散模型所得到的2段曲線線性擬合情況較好,說(shuō)明高嶺土的主要吸附過程為粒子的內(nèi)部擴(kuò)散過程.但韋伯-莫里斯內(nèi)擴(kuò)散模型擬合得到的直線都沒有經(jīng)過原點(diǎn)，說(shuō)明內(nèi)擴(kuò)散過程不是控制高嶺土吸附過程的唯一步驟，高嶺土對(duì)鈾的吸附過程比較復(fù)雜，表面吸附擴(kuò)散過程不可忽略.

2.5 不同溫度對(duì)U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的影響

用吸附等溫線可以來(lái)判斷高嶺土吸附鈾現(xiàn)象的本質(zhì).本文采用Langmuir等溫吸附方程和Freundlich等溫吸附方程來(lái)進(jìn)一步研究高嶺土對(duì)鈾的吸附過程,等溫吸附方程如下[13]：

lgcs=lgα+nlgceq.

(7)

Langmuir等溫吸附方程

(8)

pH=5.5±0.05,ρ(固體吸附劑)=0.04 g/L.圖8 不同溫度下U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的Langmuir吸附等溫線Fig.8 Langmuir isotherms for the adsorption of U(Ⅵ) on kaolin at different temperatures

其中，cs為吸附反應(yīng)平衡時(shí)的吸附量(mol/L)；ceq為離心分離后最終上清液的濃度(mol/L)；cs max是平衡時(shí)最大的吸附容量(mol/g)，與吸附位有關(guān)；b是和吸附溫度有關(guān)的吸附平衡常數(shù)；n是與溫度、體系有關(guān)的常數(shù)，其值大小表示濃度對(duì)吸附量影響的強(qiáng)弱；a為吸附容量(mol/g)，隨溫度的升高而降低；cs對(duì)ceq作圖，可計(jì)算得到吸附等溫線下的kd，即kd值為其斜率.

2.5.1 U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的Langmuir吸附等溫線

圖8為不同溫度下，U(Ⅵ)在高嶺土上的Langmuir吸附等溫線.由圖8可見，隨著溫度的升高，吸附等溫線的高度不斷降低，ceq/cs的值變小，進(jìn)而可以說(shuō)明高溫有利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行.當(dāng)溫度為323.15 K時(shí)，隨ceq增大，ceq/cs的值增大，表明U(Ⅵ)在固相中的分布增速?zèng)]有液相中那么快，因此ceq/cs的值會(huì)出現(xiàn)增大的趨勢(shì).

由式5和圖8可得出Langmuir等溫吸附方程的相關(guān)參數(shù)，其計(jì)算結(jié)果如表2所示.

表2 U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的Langmuir吸附等溫線的相關(guān)參數(shù)

2.5.2 U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的Freundlich吸附等溫線

由圖9可見，4個(gè)溫度下的Freundlich等溫線依溫度高低作上下分布，323.15 K時(shí)等溫線位置最高，293.15 K時(shí)位置最低.由圖9可見，溫度越高，越有利于吸附反應(yīng)進(jìn)行.同時(shí)，隨溫度升高，各溫度下的kd分別為5.66、25.81、474.24和4 984.25 L/g.可見，kd的值總體上隨溫度的升高而增大，這也說(shuō)明高溫有利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行.U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的熱力學(xué)函數(shù)由下式計(jì)算[14]：

a.高嶺土上的吸附率；b.Freundlich吸附等溫線.pH=5.5±0.05,ρ(固體吸附劑)=0.04 g/L.圖9 不同溫度下U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的Freundlich吸附等溫線Fig.9 Freundlich isotherms for the adsorption of U(Ⅵ) on kaolin at different temperatures

(9)

(10)

ΔH0=ΔG0+TΔS0,

(11)

其中，T為開氏溫度，R為理想氣體常數(shù).將計(jì)算結(jié)果列于表3.

表3 U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附熱力學(xué)函數(shù)(ΔG0,ΔS0,ΔH0)

由表3計(jì)算結(jié)果可知，吸附熱力學(xué)函數(shù)的ΔH0大于零，ΔG0小于零，說(shuō)明鈾在高嶺土上的吸附行為是一個(gè)自發(fā)的且吸熱得過程.ΔG0的絕對(duì)值隨著溫度的升高而逐漸變大，由此可知溫度可以促進(jìn)高嶺土對(duì)鈾的吸附反應(yīng)的進(jìn)行.

由圖8、9和表2、3可見，F(xiàn)reundlich等溫吸附方程更好地?cái)M合了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，相關(guān)系數(shù)都達(dá)到0.9以上；Freundlich模型能夠更好地對(duì)鈾在高嶺土上的吸附過程進(jìn)行描述.

3 結(jié)論

本文通過靜態(tài)法研究了不同條件下U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附行為特性，初步得到了以下結(jié)論：

1) pH對(duì)U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附行為有很大的影響，高嶺土吸附U(Ⅵ)的吸附率自pH2～7迅速上升，吸附率在pH>7時(shí)隨著pH值的升高而降低，U(Ⅵ)的最大吸附量為懸濁液pH=7時(shí)對(duì)應(yīng)的值.

2) 離子強(qiáng)度對(duì)U(Ⅵ)在高嶺土上吸附的影響不是很大.說(shuō)明鈾在高嶺土的吸附過程中產(chǎn)生了配位化合物.不同離子對(duì)高嶺土上的吸附過程影響大致相同.

3) 在pH 2～5內(nèi)，在腐殖酸存在的情況下，懸浮液的pH越高，高嶺土對(duì)鈾的吸附效率增強(qiáng)；在pH>10時(shí)，隨著懸浮液的pH的上升，腐殖酸對(duì)鈾的吸附作用的影響減弱；在5

4) 高嶺土對(duì)U(Ⅵ)的吸附約10 h可達(dá)到吸附平衡狀態(tài)，吸附率在10 h之后基本趨于穩(wěn)定.準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程比準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程更好的描述鈾在高嶺土上的吸附過程.

5) 溫度會(huì)促進(jìn)高嶺土對(duì)鈾的吸附，溫度越高，吸附率越高.由熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算結(jié)果，可知U(Ⅵ)在高嶺土上的吸附是吸熱且自發(fā)的過程.Freundlich等溫吸附方程更好地?cái)M合了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，相關(guān)系數(shù)都達(dá)到0.9以上.高嶺土對(duì)鈾的吸附為單分子層吸附.

[1] 羅上庚.核廢物的安全和環(huán)境影響[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2001,1(02):16-20.

LUO S G.Safety and environmental impact of nuclear waste[J].Journal of safety and Environment,2001,1(02):16-20.

[2] LI Q F,LIU M X,KANG J M,et,al.Advances in interaction between micro organ-ism and radioactive nuclide[J].Environmental Scienceand Technology,2008,31(10):67-70.DOI:10.3969/j.issn.1003-6504.2008.10.017.

[3] 周書葵，曾光明，劉迎九，等.改性羧甲基纖維素對(duì)鈾吸附機(jī)理的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2011,31(9)：1466-1471.

[4] 陸朝陽(yáng)，沈莉莉，張全興.吸附法處理染料廢水的工藝及其機(jī)理研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理,2004,24(3):12-16.

LU Z Y,SHEN L L,ZHANG Q X.Research development of technics and mechanism of dye wastewater treatment by adsorption[J].Industrial Water Treatment,2004,24(3):12-16.

[5] LI S Y,XIE S B,WANG J L,et,al.Adsorption properties of clay for uranium in waste water[J].Chemical Environmental Protection,2006,26 (6):459-462.

[6] INOUE S,KIRIYAMA K,HATANNAKA Y,et al.Adsorption properties of an activated carbon for 18 cytokines and HMGB1 from inflammatory model plasma[J].Colloids and Surfaces B:Biointerfaces,2015,126:58-62.DOI:10.1016/j.colsurfb.2014.12.015.

[7] REN X M,WANG S W,YANG S T.Influence of contact time,pH,ionic strength and temperature on sorption of U(Ⅵ) onto MX-80 bentonite[J].J.Radioanal Nucl.Chem.,2010,283(1):253-259.DOI:10.1007/s10967-009-0323-0.

[8] 吳自強(qiáng).高嶺土應(yīng)用技術(shù)[J].化學(xué)建材,1996,12(2):88-89.

[9] EVANS N,WARWICK P,LEWIS T,et al.Influence of humic acid on the sorption of U(Ⅵ) to kaolin[J].Environmental Chemistry Letters,2011,9 (1):25-30.DOI:10.1007/s10311-009-0241-y.

[10] 宋文玉,降青梅,劉亞東，等.鉻(Ⅲ) 離子催化鈰(Ⅳ)離子氧化異丁醇的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及機(jī)理[J].河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004,24(6):594-599.

SONG W Y,JIANG Q M,LIU Y D,et,al.Kinetics and mechanism of chromium (Ⅲ) ion catalysis cerium Ⅳ) ions oxidation isobutanol[J].Journal of Hebei University(Natural Science Edition),2004,24(6):594-599.

[11] SHAUHA M S,SARWAR M I,QADEER R,et,al.Adsorption of strontium ions from aqueous solution on Pakistani coal[J].Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry,2005,265(1):73-79.DOI:10.1007/s10967-005-0789-3.

[12] AKSU Z.Application of biosorption for the removal of organic pollutants:A review[J].Process Biochemistry,2005,40 (3-4):997-1026.DOI:10.1016/j.procbio.2004.04.008.

[13] 熊正為，王玉清，郭成林，等.蒙脫石吸附鈾機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究[J].湖南師范大學(xué)(自然科學(xué)學(xué)報(bào))，2007，30(3)：75-79.

XIONG Z W,WANG Y Q,GUO C L,et,al.Experimental study on the mechanism of adsorption of montmorillonite[J].Journal of natural science of Hunan Normal University,2007,30(3):75-79.

[14] XIE Z F,HE X C,XIA J H.Adsorption thermodynamics and dynamic of polyamide to picric acid[J].Chem Res,2003,12(4):53-56.

(責(zé)任編輯：梁俊紅)

Kinetic and thermodynamic study of U(Ⅵ) adsorption onto kaolin

LIANG Shimin1,2,YU Tao1,2

(1.State Key Laboratory Breeding Base of Nuclear Resources and Environment，East China University of Technology,Nanchang 330013,China；2.School of Nuclear Science and Engineering,East China University of Technology,Nanchang 330013,China)

By static adsorption experiments,the effects of pH,ionic strength,adsorption time,solid-liquid ratio,temperature,humic acid on the adsorption of U(Ⅵ) onto kaolin were studied.Based on macroscopic adsorption experiments,the adsorption process was analyzed by thermodynamics and kinetics methods,and the kaolin samples were characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy.The results show that pseudo-second-order kinetic model can be used to describe the adsorption of uranium on kaolin.Through the study of pH and ionic strength,the effect of pH on the adsorption of uranium is greater than the effect of the ionic strength on the adsorption of uranium.The presence of HA reduces the adsorption in a high pH range,while enhances the adsorption at low pH values.The adsorption of U(Ⅵ) onto kaolin could be described by Freundlich isothermal adsorption equation.The adsorption of U(Ⅵ) onto kaolin is an endothermic process,mainly occurs on the surface as a monomolecular layer.

kaolin;U(Ⅵ);adsorption;kinetics;thermodynamics

10.3969/j.issn.1000-1565.2016.06.006

2016-08-12

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21561001)

梁詩(shī)敏(1993—),女，湖北鄂州人，東華理工大學(xué)在讀碩士研究生.E-mail:1530043655@qq.com

于濤(1979—),男，吉林白城人，東華理工大學(xué)副教授，主要從事環(huán)境放射化學(xué)的研究.E-mail:xiaoshan770@163.com

O64

A

1000-1565(2016)06-0596-08