《殼聚糖材料吸附放射性核素的特性及機理研究》是依託清華大學，由王建龍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：殼聚糖材料吸附放射性核素的特性及機理研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：王建龍
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國核電工業的快速發展以及核技術在軍事、工業、農業等領域的廣泛套用，使放射性廢水的產生量不斷增加，經濟、安全、高效地處理放射性廢水，已成為保障我國核安全的重要前提。隨著材料科學的進步，新型的吸附材料不斷出現，利用殼聚糖材料處理放射性廢水的研究近年來得到關注。本項目擬以殼聚糖材料為基礎，在殼聚糖分子上引入磁性和多種官能團（如氨基、巰基和羧基等）或與其他高分子材料複合，製備一系列改性的新型殼聚糖吸附材料，提高材料的吸附容量、吸附選擇性及分離性能。主要研究：（1）殼聚糖材料的改性及性能表征；（2）改性殼聚糖對放射性核素鈾、銫、鍶和鈷的吸附動力學、熱力學和吸附等溫特性；（3）綜合利用多種現代分析技術，如SEM、TEM、AFM、BET、XPS、EXAFS等，在微觀尺度上探討放射性核素在殼聚糖材料上的吸附過程以及固–液界面反應機制。為開發利用新型殼聚糖吸附處理放射性廢水新方法提供理論依據和技術支持。
結題摘要
本研究以殼聚糖材料為基礎吸附劑，利用物理手段，化學手段或輻射技術進行改性或修飾，製備了8種新型的殼聚糖改性材料，以提高對放射性核素的識別及去除能力。選擇放射性廢水中的主要核素，如90Sr、137Cs、60Co和U為代表，研究這8種吸附材料對主要核素的吸附特性，綜合利用多種表征手段，結合高分子金屬絡合物形成理論和配位化學理論對吸附機理進行了探討。主要取得以下成果：（1）製備8種新型的殼聚糖改性材料，包括物理手段製備的複合材料（如磁性殼聚糖，磁性氧化石墨烯（GO）/殼聚糖，磁性殼聚糖/聚乙烯醇（PVA），磁性殼聚糖固定化釀酒酵母），化學手段製備的衍生物材料（如偕胺肟改性殼聚糖，殼聚糖改性凝膠微球），輻射技術製備的改性材料（如順丁烯酸輻照改性殼聚糖），以及溶液紡絲技術製備的纖維化殼聚糖基材料。利用傅立葉變換紅外光譜（FTIR）、X射線衍射（XRD）、X射線能譜（EDS）、磁滯回線等多種分析手段對這些吸附材料進行了表征。（2）研究了吸附時間、溶液初始pH值、初始核素濃度等因素對殼聚糖改性材料吸附90Sr、137Cs、60Co或U的影響，分析了吸附動力學和等溫吸附過程。結果表明：殼聚糖改性材料吸附核素的動力學過程普遍符合擬二級反應動力學模型，等溫吸附過程可由Langmuir、Freundlich等模型擬合。和未改性的殼聚糖相比，殼聚糖改性材料對主要核素的吸附容量均有所提高，吸附選擇性的提升與材料表面的特異性官能團有關。（3）探討了殼聚糖改性材料與核素的作用機理，探討殼聚糖改性材料的結構與吸附性能之間的關係。吸附性能的提升不僅與吸附劑表面的特異性官能團的種類和數量有關，還有吸附劑比表面積有關。吸附反應進行的過程中，多種相互作用力同時進行，空間位阻效應、靜電效應和化學反應效應在內的多種效應對殼聚糖改性材料吸附主要核素起作用。多種殼聚糖改性材料吸附核素的配位構圖在本研究中嘗試提出。本項目執行期間，共發表SCI論文17篇，申請發明專利7項，培養博士研究生3名，碩士研究生2名，博士後1名。
