含樹形分子的螯合樹脂的製備及其鈾吸附機理研究

《含樹形分子的螯合樹脂的製備及其鈾吸附機理研究》是依託中南大學，由劉耀馳擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：含樹形分子的螯合樹脂的製備及其鈾吸附機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉耀馳
• 依託單位：中南大學

項目摘要

核能事業快速發展，含鈾廢水處理備受重視，採用常規離子交換樹脂處理時效率低。親水性樹形分子對金屬離子的結合能力強，但選擇性差、重複利用困難。本項目結合高分子樹脂的分離優勢與樹形分子的吸附優勢，將PAMAM樹形分子固載在大孔樹脂上，用含P、As原子的基團修飾固載樹形分子，提高其吸附選擇性，製備鈾醯離子螯合吸附樹脂。表征確認樹脂的結構，採用靜態和動態實驗研究其吸附、解吸與再生性能，解析吸附性能與螯合樹脂結構之間的關係；構建吸附的分子模型，對體系進行Monte Carlo和分子動力學模擬，將性能研究的巨觀實驗結果與微觀的分子模擬軌跡聯繫起來，從分子水平探討鈾螯合機理、最佳化樹脂的設計；將樹脂套用於近中性含鈾廢水的處理，最佳化吸附分離工藝。研究工作將樹形分子套用於螯合樹脂的製備，為鈾分離提供新技術，將實驗研究與分子模擬結合，完善鈾吸附理論並指導樹脂合成，具有重要的理論意義和實際套用前景。

結題摘要

新型螯合樹脂PS-N-P及PS-PAMAM-PPA通過含磷基團功能化樹脂及含磷基團功能化含有樹狀分子的樹脂合成，通過動態和靜態吸附試驗研究影響鈾吸附的物理化學因素，如pH、吸附動力學、初始濃度、溫度等。結果顯示，PS-1.0G PAMAM-PPA螯合樹脂在pH =5.0及溫度25℃條件下獲得最大吸附量99.89mg/g。吸附過程符合動力學二級方程且化學吸附是其速度控制步驟。熱力學參數（∆G, ∆H, ∆S）顯示出吸附過程是自發，吸熱並且較易進行的。同時，等溫吸附過程符合Langmuir模型。 為進一步探索苯基膦醯胺修飾樹脂的吸附機理，利用量子化學方法設計簡化模型，對苯基膦醯胺和鈾醯離子相互作用進行理論研究。通過量子化學計算，分析表明鈾醯離子與樹形分子末端的兩個苯基磷醯形成順式配合物，由此達到吸附分離的效果。 在樹脂的進一步套用與研究方面，通過參考對二價離子較強絡合能力的EDTA絡合劑分子結構，在接枝樹形分子的樹脂上接入IDA基團，合成了含量樹枝狀分子的系列螯合樹脂0.0G-IDA , 1.0G-IDA 和 2.0G-IDA的合成及其對鎳離子的吸附性能，得出的結論：各代樹枝狀螯合樹脂樹脂的吸附容量關係為1.0G-IDA＞2.0G-IDA＞0.0G-IDA；廢水pH值在1-7範圍內，樹脂吸附量隨著pH值最大而增加；樹脂的平衡吸附量隨著廢水鎳離子的濃度升高而增大；樹脂吸附平衡態可以用模型來描述，為單分子層吸附；樹脂吸附過程符合一階可逆動力學模型，吸附速率受顆粒擴散步驟的控制。