甘蔗秸秆对铀废水的吸附研究

1、 毕业设计(论文)题 目 甘蔗秸秆对铀废水的吸附研究 学院名称 核资源工程学院 指导教师 职 称 教 授 班 级 学 号 学生姓名 2013年 5 月24 日原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得或其他单位的学位或证书而使用过的材料。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本人了解有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以采

2、用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名： 指导老师签名： 日期：甘蔗秸秆对铀废水的吸附研究摘要：通过静态吸附实验，研究了吸附剂加入量、溶液pH、温度、吸附时间、铀初始浓度等对甘蔗吸附U的影响。实验采用浓度为20mg/L的铀标液，移取25ml标液于锥形瓶中，加入一定量的的甘蔗粉末，置于恒温水域摇床中,一定时间后过滤，采用三氯化钛还原/钒酸铵氧化滴定法测定溶液中剩余铀浓度。结果表明，改性前，最佳吸附效率为44.45%，最佳吸附量为1.2mg/g，经ZnCl2和NaOH改性后，甘蔗对铀的吸

3、附效率都有显著提高，且二者相差不大，前者效果略差于后者。改性后吸附效率提高约50%。最佳吸附效率为86.6%，吸附量为2.67mg/g。吸附过程为吸热反应，升温有利于吸附的进行。最终得出最佳吸附条件，在303k、pH=3、吸附时间90min左右时趋于吸附平衡，平衡吸附量为1.2mg/g,最佳吸附剂加入量和溶液体积之比为8g/L。关键词：甘蔗秸秆;改性;铀;吸附Adsorption study on the Sugarcane stalks of uranium waste water Abstract: By static adsorption experiments to study the

4、 impact of the adsorbent is added in an amount of solution pH, temperature, adsorption time, the initial uranium concentration of cane adsorbed uranium. Experiments using 20mg / L standard solution of uranium, the extract solution 25ml in volume to 250 ml conical flask, adding a certain amount of su

5、gar cane powders, placed on a shaker in a certain time, after the restore using titanium trichloride / ammonium vanadate the oxidation titration with sodium diphenylamine sulfonate indicator do. The results show that, prior to modification, the optimum adsorption efficiency was 44.45%, which the bes

6、t adsorption amount of 1.2mg / g, by ZnCl2 and NaoH modified, sugar cane for uranium adsorption efficiency has improved significantly, and a little away from the two , former effect slightly worse than the latter. The modified adsorption efficiency of approximately 50%. The optimum adsorption effici

7、ency was 86.6%, and the adsorption amount of 2.67mg / g. The adsorption process is an endothermic reaction, the temperature was raised facilitates adsorption. Ultimately the optimum adsorption conditions, the temperature of 303K, pH = 3, the adsorption time is 80min tends adsorption equilibrium, the

8、 equilibrium adsorption amount of 1.2mg / g, the best adsorbent is added in an amount and the solution volume ratio for 8g / L.Key words: Sugarcane stalks; modification; uranium;adsorption1绪 论11.2.2微生物法21.2.3植物修复法21.2.4可渗透反应墙治理技术32 实验仪器设备及实验试剂错误！未定义书签。2.1实验仪器错误！未定义书签。2.2实验试剂错误！未定义书签。2.3实验图片介绍错误！未定义书

9、签。3实验方案的选定错误！未定义书签。3.1准备阶段错误！未定义书签。3.2实验初步探究错误！未定义书签。3.2.1钒酸铵的标定错误！未定义书签。3.2.2吸附剂的制备错误！未定义书签。3.2.3吸附实验探究错误！未定义书签。4吸附实验过程A（改性前）错误！未定义书签。4.1吸附剂用量对吸附U的影响错误！未定义书签。4.1.1实验方案错误！未定义书签。4.1.2实验数据记录结果错误！未定义书签。4.1.3实验结果分析错误！未定义书签。4.1.4重复用量对吸附U的影响错误！未定义书签。4.1.5确定最佳吸附剂量组错误！未定义书签。4.2溶液pH对吸附U的影响错误！未定义书签。4.2.1实验方案错

10、误！未定义书签。4.2.2实验数据记录结果错误！未定义书签。4.2.3实验结果分析错误！未定义书签。4.3吸附时间对吸附U的影响错误！未定义书签。4.3.1实验方案错误！未定义书签。4.3.2实验数据记录结果错误！未定义书签。4.3.3实验结果分析错误！未定义书签。4.4温度对吸附U的影响错误！未定义书签。4.4.1实验方案错误！未定义书签。4.4.2实验数据记录结果错误！未定义书签。4.4.3实验结果分析错误！未定义书签。5吸附实验过程B（改性后）错误！未定义书签。5.1吸附剂加入量对吸附的影响错误！未定义书签。5.1.2实验数据记录结果错误！未定义书签。5.1.3实验结果分析错误！未定义书

11、签。5.2吸附时间对吸附U的影响错误！未定义书签。5.2.1实验方案错误！未定义书签。5.2.2实验数据记录结果错误！未定义书签。5.2.3实验结果分析错误！未定义书签。5.3溶液pH对吸附U的影响错误！未定义书签。5.3.1实验方案错误！未定义书签。5.3.2实验数据记录结果错误！未定义书签。5.3.3实验结果分析错误！未定义书签。5.4初始浓度对吸附U的影响错误！未定义书签。5.4.1实验方案错误！未定义书签。5.4.2实验数据结果记录错误！未定义书签。5.4.3实验结果分析错误！未定义书签。6实验结论错误！未定义书签。参考文献：错误！未定义书签。 1.绪 论随着全球核能技术的发展，核燃料

12、主要是铀的需求不断加大，产生的含铀放射性废水越来越多。据报道，现在全世界共有二十多个国家在从事铀矿的冶炼和加工，每年会产生大量的含铀尾矿，这些尾矿中的铀如不及时处理，经自然作用，会富集到水体中，含铀废水既具有放射性，又具有化学毒性，如果不处理含铀废水，将会对人体和生态系统造成巨大的毒害作用，因此，世界各国都十分重视含铀废水的处理，发展新的处理方法和技术。由于传统方法如离子交换法，膜分离法，混凝沉淀法，蒸发浓缩法等都存在大量的不足，不值得广泛推广。因此，一种很有潜力，能克服传统方法诸多不足的新的方法生物吸附法，应运而生。生物吸附是污染物或有效性养分通过物理化学作用吸附到生物表面或生物膜表面的现象

13、。现阶段，很多研究人员利用藻类，细菌，真菌等生物剂吸附含铀废水，都获得了一定的成果，目的是利用生物吸附剂来处理我国铀矿冶过程中产生的放射性废水，以达到铀矿山经济合理、环境友好、可持续发展。因此，能找到一种高效，廉价的吸附材料作为当今研究的重点。废弃的农作物具有比表面积大、不溶于水、多孔、经改性后可重复利用，且不会污染环境的特点越来越受到研究者的重视。我国是世界第三大产甘蔗国，甘蔗用于榨糖后剩下大量的甘蔗渣，甘蔗渣是一笔富含巨大价值的资源，但是长期以来确没有得到很好地利用，只是被作为燃料或者废弃物丢弃，造成巨大的损失和浪费。据报道，国外现在已开发出以甘蔗渣为原料的一个独立产业，包括甘蔗渣生产燃料

14、酒精、制成饲料、造纸、制造高密度复合材料，预计未来还可以用于无土基质和有机肥料、发电等行业，具有广阔的发展前景。但甘蔗秸秆用于吸附材料很少报道，本实验特此来探究其吸附效果。甘蔗秸秆中具有很多活性基团如羟基、羧基、氨基、酰胺基等，这些基团能与铀酰离子螯合，生成配合物，因此能够降低溶液中的铀浓度。但原甘蔗秸秆对铀的吸附效率和吸附量都不高，为了提高其吸附效率，要对其进行改性，以达到高的吸附效率和吸附量。本实验目的是为了验证甘蔗秸秆能否作为吸附剂，本身对铀的吸附效率和吸附量，通过改性实验对比前后的吸附效果，从而得到最佳的吸附条件，为以后的研究提供一些指导。1.1国内外对生物处理含铀废水的研究1.1.1

15、国外对生物处理含铀废水的研究早在1972 年, CHIU就发现真菌细胞对铀有富集能力。80年代初, Tsezos和Volesky利用生物材料富集铀,获得了美国和加拿大的专利。美国橡树岭国家实验室的G1W1St randbeg等用细菌和真菌生物量系统地处理核电站废水,几小时内可提取出90%的铀,在工业上可重复使用。德国Wismut公司采用人工湿地的处理系统的中间实验结果表明: 采用该法处理矿坑含铀废水的运行费用仅为2 马克/ m3 , 远低于常规水处理方法, 铀的去除效果可以达到50%。国外研究含铀废水起步较早，所获得的成果也比较丰富，这也给国内对含铀废水的研究指明了一些方向。1.1.2国内对生

16、物处理含铀废水的研究我国对生物吸附铀的研究起步于80年代，谭红等研究了UY-1酵母细胞能够对溶液中的铀快速富集,铀的最大富集量可达1315mg/g。张小枝等研究了用蓝细菌、满江红、鱼腥藻为吸附材料,对浓度小于515mg/L的铀快速吸附。冯易君等用FT菌装柱成型后铀的富集率可达99%。刘文娟等研究了酵母菌对铀的吸附，其中主要考虑了溶液PH、吸附时间、溶液初始浓度、细菌浓度对吸附的影响。柏云等研究了生物吸附铀中各种因素对吸附的影响，总结了其吸附机理、吸附材料的固定化和改性，吸附的模型等。除此之外，还研究了粘土、岩石、胶体等对铀的吸附，结果表明生物吸附铀是一种很有前途的方法，具有很大的优势，所以应该

17、大力发展。1.2生物处理含铀废水的新方法1.2.1膜法膜分离技术是一项新兴的分离技术,它具有能耗低、设备简单、操作方便、物料无相变和适应性强等特点,是20世纪末到21世纪初最有发展前途的高技术之一。膜技术应用于水处理的优点:1)能处理各种料液,处理质量高;2)过程可自动化操作;3)可再利用渗透液。膜技术应用于水处理的缺点:1)膜的相容性与孔的大小、水的pH 值及温度等很多因素有关; 2)投资费用较高;3)在某些情况下易结垢,使得在一些特殊应用中膜的寿命较短。1.2.2微生物法微生物治理低放射性废水是上世纪60年代以来开始研究的新工艺, 用这种方法去除放射性废水中的铀国内外均有一定研究,但目前多

18、处于实验研究阶段,鲜有大规模工业化应用。微生物法富集铀主要是基于间接的非代谢性生物吸附作用,代谢性富集作用是次要的。由于微生物法治理低浓度含铀废水具有效率高、成本低、耗能少、无二次污染物等优点,吸引了众多学者进行了大量研究,并取得了很多可喜的研究成果。国内学者研究了啤酒酵母菌固定化凝胶颗粒吸附铀的研究,研究表明,经甲醛交联、海藻酸钙固定后,啤酒酵母菌固定化颗粒铀吸附量明显增加,可达每g769.2mg。Kalin等人研究了用藻类和微生物去除矿山废水中的铀。利用藻类细胞提供给异养微生物有机碳和其它成分,来维持较低的Eh值,从而把铀还原为四价态。1.2.3植物修复法植物修复是指利用绿色植物及其根际土

19、著微生物共同作用以清除环境中的污染物的一种新的原位治理技术。适用的生物修复技术类型主要有人工湿地技术、根际过滤技术、植物萃取技术、植物固化技术、植物蒸发技术。实验表明,几乎水体中所有的铀都能富集于植物的根部。根系中铀的含量与水体中铀的含量之比值即植物富集系数,其值最高可达到30000。根际过滤技术具有较高的处理效率、选择性高、pH值和温度适应范围宽等独特的优点,在处理大面积低浓度含铀废水领域中有着较好的应用前景。从目前的研究来看,凤眼莲、破铜钱等具有发达的纤维状根系和很高生物产量的水生植物,能够在水中有效地去除重金属和放射性核素。1.2.4可渗透反应墙治理技术近10年来,西方发达国家最先研究开

20、发可渗透反应墙( PRB) 技术来治理被污染的地下水。可渗透反应墙是指在地下水污染羽的流向上安置可渗透反应墙,利用墙体内反应材料使污染物净化,达到修复( 治理) 地下水的目的。目前研究的墙体反应材料主要有零价铁和石灰。早在20世纪70年代,零价铁材料就被用来处理有机废水,20世纪90年代以来,国外有专家开始研究用这种材料来处理含铀废水,近十几年来对去除机理和相关工艺的研究都取得了很大的进展。曝露在大气中的地表水呈氧化状态,需耗费大量的零价铁,该处理技术依赖于其吸附机理,近年来,用该法处理地表水多停留在实验研究阶段。在东德,进行了一系列实验室和现场处理放射性矿山废水的研究考虑到尾矿堆场地下水的酸

21、性环境,石灰廉价易得,我国学者在西南某铀矿率先进行了以石灰和砂子混合物为墙体反应材料修复地下渗水的除铀实验。2005年为期4个月的运行表明,净化铀的效果明显,不仅使地下渗水pH变为中性,而且使Q(U)从12.21 mg/L降至0.003mg/L。2 实验仪器设备及实验试剂2.1实验仪器烘箱、震动磨矿机、电子天平、烧杯、量筒、锥形瓶、微量滴定管、移液管、洗瓶、吸液球、滴定瓶、容量瓶、恒温水域摇床2.2实验试剂不同浓度的铀标液、甘蔗秸秆粉、二苯胺磺酸钠、尿素、亚硝酸钠、 三氯化钛、磷酸、硫酸亚铁铵、钒酸铵、氯化锌、氢氧化钠、盐酸、蒸馏水2.3实验图片介绍实验地点核六所实验室 材料准备实验室 实验仪

22、器锥形瓶 实验仪器恒温水域摇床实验所需试剂 实验相关仪器及试剂铀滴定装置 分析药剂工作台滴定通风橱 滴定药剂3.实验方案的选定3.1准备阶段通过查阅相关文献资料了解国内外对生物吸附含铀废水的应用研究情况，大致确定实验的研究方案。初步方案如下：通过探究温度、pH、初始铀浓度、秸秆加入量等对铀吸附效率和吸附量的影响，确定自然状态下甘蔗秸秆的吸附效果。后通过改性实验来获得相同条件下各单因素对吸附效果的影响，对比分析实验前后数据，确定最佳的实验条件，并得出结论。3.2实验初步探究3.2.1钒酸铵的标定从实验室获得1g/L的铀标液（本实验所用不同浓度的铀标液均由此铀标准液加蒸馏水配制而成），取10ml原

23、铀标液稀释至1L，配制成浓度为10mg/L的铀标液，模拟测定两组实验数据，分别取2ml和5ml的10mg/L的铀标液，进行滴定分析，结果消耗钒酸铵体积分别为0.18ml和0.45ml,得到钒酸铵滴定度为0.1111mg/ml.滴定度的计算：T=CV1/V2式中：C-即铀标准溶液的浓度，mg/L;V1-铀标液的体积，ml;V2-消耗钒酸铵的体积，ml;T-每升钒酸铵相当于铀的毫克数，mgU/L。吸附量的计算：Q=(C-Ce)*V/m 式中：C-初始铀浓度；Ce-平衡时溶液中铀浓度；V-吸附溶液的体积；m-吸附剂的干重；Q-铀的吸附量。3.2.2吸附剂的制备 从学校周围市场上购得一定量的甘蔗，榨汁

24、得到甘蔗渣，先用自来水洗净，再用蒸馏水冲洗三次，将其放置于烘箱中于80烘干至恒重，于震动磨矿机中磨碎，过40目标准筛，取筛下物，制得甘蔗粉吸附剂样品，于干燥处保存。3.2.3吸附实验探究分别取0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g吸附剂于250ml锥形瓶中，加入50ml的10mg/L的铀标液，置于恒温水域摇床中12h，取出过滤后，取上清滤液，测定其中剩余铀浓度。实验结果发现，由于所分析的溶液呈黄色，滴定过程中不便于显色，于是决定稀释10倍后测定，但结果发现稀释后，滴定所取得吸附后铀溶液体积（1ml）太小，导致测定的数据误差很大，经过多次实验总结，最终确定实验方案为：第一次实

25、验方案：铀标液浓度为20mg/L;吸附剂加入量分别为0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g;加入铀标液体积为50ml;滴定取用溶液体积5ml;钒酸铵滴定度111.1mg/L。第二次实验方案：铀标液浓度为20mg/L;吸附剂加入量0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g;加入铀标液体积50ml;滴定取用溶液体积为2ml和5ml;钒酸铵滴定度111.1mg/L。第三次实验方案：铀标液浓度为20mg/L;吸附剂加入量0.2g;加入铀标液体积25ml;滴定取用溶液体积2ml和5ml;钒酸铵滴定度55.6mg/L。4.吸附实验过程A（改性前）4.1吸附剂用量对吸附U

26、的影响4.1.1实验方案第一次实验方案：铀标液浓度为20mg/L;吸附剂加入量分别为0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g;加入铀标液体积为50ml;滴定取用过滤后溶液体积5ml;钒酸铵滴定度0.1111mg/ml。4.1.2实验数据记录结果表1 吸附剂用量对吸附U的影响 编号选项123 456原液吸附剂加入量单位(g) 5ml吸附后溶液消耗钒酸铵体积（ml）0.820.750.70.680.670.640.880.80.730.710.650.60.65剩余U浓度(mg/L)17.9916.4415.6614.7814.1114.33吸

27、附量（mg/g）1.0050.890.720.650.590.47吸附效率%10.517.7921.727.229.5实验结果分析图1 吸附剂加入量对吸附铀的影响从图中可以看出，随着吸附剂投入量的增加，铀的吸附效率逐渐上升，单位吸附量减小。吸附剂用量小于0.4g时，铀的吸附率上升较快，吸附量减小趋势较快；吸附剂用量大于0.4g时，吸附率趋于平衡，大约为30%。但是随着吸附剂的加入，单位吸附量却一直减小，最大吸附量为1.005mg/g。从而得出吸附剂最佳加入量与吸附溶液体积之比为8g/L。4.1.4重复用量对吸附U的影响实验方案：考虑到上面实验组存在一定的误差，于是决定重复用量

28、组实验。第二次实验方案：铀标液浓度为20mg/L;吸附剂加入量0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g;加入铀标液体积50ml;滴定取用溶液体积为2ml和5ml;钒酸铵滴定度0.1111mg/ml。实验数据如下表2 吸附剂用量对吸附U的影响 编号选项1(0.1g)2(0.2g)3.(0.3g)4(0.4g)5(0.5g)6(0.6g)原液2ml吸附后溶液消耗钒酸铵体积（ml）0.380.320.320.260.280.280.360.30.260.260.260.265ml吸附后溶液消耗钒酸铵体积（ml）0.820.720.70.680.620.640.920.840.760

29、.720.620.640.680.9剩余铀浓度(mg/L)17.615.9914.4413.7813.7813.5吸附量（mg/g）1.21.00250.9270.7780.6220.542吸附效率（%）1220.0527.8结果分析如下 图2 吸附剂加入量对吸附的影响从图表中可以看出，重复重量组的实验符合预期结果，与第一次实验结果趋势相符。4.1.5确定最佳吸附剂量组实验方案和上述一样，实验结果如下表3 确定最佳吸附剂量编号选项12345678吸附剂加入量（g）0.0750.110.1230.1520.1790.2040.2250.2552ml吸附液消耗钒酸铵体积（m

30、l）0.360.320.30.260.220.350.340.320.260.225ml吸附液消耗钒酸铵体积（ml）0.90.680.660.60.520.880.640.640.620.600.520.520.56剩余铀浓度（mg/L）2018.8916.6714.4413.3411.1111.1111.24吸附量(mg/g)00.250.6770.9140.931.0190.9880.959吸附效率%05.616.6527.833.344.4544.4543.8结果分析如下图3 最佳吸附剂加入量由图可知：甘蔗的吸附效率和吸

31、附量随着吸附剂加入量的增加而增加，在吸附剂加入量为0.2g时达到最大值，其后吸附效率和吸附量都趋于平衡。符合预期的实验结果。由此得出最佳吸附剂加入量为0.2g，即得到最佳吸附剂加入量和吸附溶液体积比为8g/L.4.2溶液pH对吸附U的影响4.2.1实验方案取25ml浓度为20g/L的铀标液于锥形瓶中，加入0.2g吸附剂，于恒温水域摇床中放置12h，后采用漏斗过滤，分析其中剩余铀浓度。4.2.2实验数据记录结果表4 溶液pH对吸附U的影响编号选项1234567铀标液溶液pH1.042.022.944.085.025.997.022.942ml吸附后溶液消耗钒酸铵体积（ml）0.360.30.26

32、0.30.330.30.340.3550.340.320.280.310.320.340.320.3615ml吸附溶液消耗钒酸铵体积（ml）0.90.750.620.70.720.760.880.860.790.60.720.740.780.86剩余铀浓度(mg/L)19.4417.2214.4415.5616.2216.6717.78吸附量（mg/g）0.070.3480.6950.5570.4720.4160.278吸附效率(%)2.813.927.822.318.916.65实验结果分析 图4 不同初始pH对吸附铀的影响从图中可以看出，在pH=3时，即铀标液附近有最大的

33、吸附效率和吸附量，在pH3之间时，吸附效率和吸附量都随着pH值得增加而增加，最大吸附量为0.695mg/g。在3pH7之间时，吸附效率和吸附量都随着pH值的增加而减小，且在pH3时增加的更快一些。通过查阅资料文献，可能是因为溶液的pH值不仅影响吸附剂表面的性质，而且影响了溶液中铀的存在状态，pH越小，影响就越大，所以在强酸性条件下，铀的去除率很低。4.3吸附时间对吸附U的影响4.3.1实验方案第三次实验方案：铀标液浓度为20mg/L;吸附剂加入量0.2g;加入铀标液体积25ml;滴定取用溶液体积2ml和5ml;钒酸铵滴定度0.0556mg/ml。放至恒温水域摇床中，每隔十分钟取定一次试样。漏斗

34、过滤后，测定其中剩余铀浓度。4.3.2实验数据记录结果表5 吸附时间对吸附U的影响编号选项12345678910111213吸附时间(min)1020304050607080901001101201202ml吸附液消耗钒酸铵体积（ml）0.680.640.60.560.560.520.50.480.460.480.640.640.60.560.540.500.50.480.460.485ml吸附液消耗钒酸铵体积（ml）1.741.781.561.461.421.51.321.461.201.441.681.721.61.521.401.41.321

35、.201.161.16剩余铀浓度（mg/L）18.917.7916.815.5715.0114.4613.913.3412.7913.3413.1212.912.9吸附量(mg/g)0.1380.2760.40.5540.6240.6930.7630.8330.9010.8330.8740.8880.888吸附效率(%)5.511.051622.1524.9527.730.533.336.0533.334.9535.5实验结果分析图5 吸附时间对吸附U的影响从图中可以得出：吸附量和吸附效率都随着吸附时间的增加而增加，在90min以前吸附量和吸附效率的增加大致呈线性关系，增速基

36、本上相同；在90min左右大致趋于平衡，最大的吸附效率为35.5%，最大吸附量为0.888mg/g。此现象可能原因是在吸附前期，吸附主要在甘蔗表面和内部孔内进行，随着吸附时间的增加，吸附空减小，吸附阻力增大，从而使吸附量趋于平衡。4.4温度对吸附U的影响4.4.1实验方案取用0.2g吸附剂加入锥形瓶中，并加入体积为25ml浓度为20mg/L的铀标液，放置于恒温水域摇床中，由于从吸附时间组实验得到吸附饱和时间为90min，由于实验室条件限制，不能同时进行多组不同温度的实验，所以只能在同一摇床中不同温度下实验，排除吸附时间的影响，将所有实验组放置于摇床中，90min后开始测定，每隔30min测定一

37、次，最终持续时间为150min。4.4.2实验数据记录结果表6 温度对吸附U的影响 编号选项12345吸附时间（min）606090120150温度（）22.63342.355.462.92ml吸附液消耗钒酸铵体积（ml）0.620.44剩余铀浓度（mg/L）18.9016.6816.6814.4512.23吸附量（mg/g）0.1380.4150.4150.6940.971吸附效率（%）5.516.616.627.7531.084.4.3实验结果分析图6 温度对吸附铀的影响从图中可以看出：甘蔗的吸附量和吸附效率都随着吸附温度的升高而增加，表明升温有利于甘蔗的吸附，原因可能

38、是因为温度升高，甘蔗秸秆暴露出一些新的吸附位点，温度越高，暴露的吸附位点就越多，所以吸附量也就越大。同时吸附效率的同步提高，说明温度对吸附位点的暴露有很大影响。5吸附实验过程B（改性后）吸附剂制备：从学校周围市场上购得一定量的甘蔗，榨汁得到甘蔗渣，先用自来水洗净，再用蒸馏水冲洗三次，将其放置于烘箱中80烘干至恒重，于震动磨矿机中磨碎，过40目标准筛，制得甘蔗粉样品，于干燥处保存。通过查阅文献资料得知，一般采用用NaOH改性，会取得比较好的效果，于是决定采用ZnCl2和NaOH改性，对比两组实验，得出更优的结果。配制ZnCl2（50%）和浓度为0.1mol/l的NaOH溶液,取2个250ml的锥

39、形瓶，分别加入适量的ZnCl2和NaOH溶液，再分别加入一定量的吸附剂，放置摇床中12h，取出后过滤，制得滤饼，放置于80的烘箱中烘干至恒重，作为改性后吸附剂备用。5.1吸附剂加入量对吸附的影响5.1.1实验方案分别取0.12g、0.16g、0.20g、0.24g经NaOH和ZnCl2改性后的样品于锥形瓶中，再加入体积为25ml浓度为20mg/L的铀标液，放置于恒温水域摇床12h，后过滤得到滤液，分析上清滤液中剩余铀浓度。5.1.2实验数据记录结果表7 吸附剂加入量对吸附的影响性质选项氢氧化钠改性组氯化锌改性组编号12345678吸附剂加入量（g）0

40、60.200.242ml吸附液消耗钒酸铵体积（ml）0.260.280.200.200.240.260.280.220.280.225ml吸附液消耗钒酸铵体积（ml）0.720.480.440.380.680.480.480.440.730.470.440.380.720.500.460.48剩余铀浓度（mg/L）8.05.344.894.238.06.676.126.12吸附量（mg/g）2.52.291.891.642.52.081.731.44吸附效率（%）6073.375.5678.86066.669.4实验结果分析氢氧化

41、钠改性组:图7 吸附剂（NaOH改性）加入量对吸附的影响由图表可知：与改性前相比，经氢氧化钠改性后吸附效率有较大的提高，能提高约50%，最高吸附效率能达到78.8%，最大吸附量为2.5mg/g，吸附效率随着吸附剂加入量的增加而增加，在0.2g时达到吸附平衡后趋于不变，吸附量随着吸附剂加入量的增加而减小，与改性前趋势一样，符合预期。氯化锌改性组: 图8 吸附剂（ZnCl2改性）加入量对吸附的影响由图表可知：与改性前相比，经氯化锌改性后吸附效率有较大的提高，能提高约40%，最高吸附效率能达到69.4%，最大吸附量为2.5mg/g，吸附效率随着吸附剂加入量的增加而增加，在0.2g时达到吸附平衡后趋于

42、不变，吸附量随着吸附剂加入量的增加而减小，与改性前趋势一样，符合预期。与氯化锌改性组相比，氢氧化钠改性效果略好。5.2吸附时间对吸附U的影响5.2.1实验方案因为经过ZnCl2改性后的效果略差，为了验证原因，于是决定采用经过其改性后的甘蔗秸秆作为后续实验组的吸附剂。称取0.2g改性后的吸附剂于25ml浓度为20mg/L的铀标液中，放置恒温水域摇床12h后分析其剩余铀浓度。5.2.2实验数据记录结果表8 吸附时间对吸附U的影响编号选项1234567吸附时间*（min）20406080100120加入HCl pH22ml吸附液消耗钒酸铵体积（ml）0.320.260.240.280.320.361

43、.240.340.320.260.300.280.381.225ml吸附液消耗钒酸铵体积（ml）0.660.540.420.360.420.421.890.640.560.400.400.380.401.98剩余铀浓度（mg/L）7.346.04.674.454.424.45吸附量（mg/g）1.581.751.921.941.951.94吸附效率（%）63.37076.6577.7577.977.755.2.3实验结果分析图9 吸附时间对吸附U的影响由图表可知：经改性后的吸附剂的吸附量和吸附效率都有很大提高，吸附时间在80min左右趋于平衡，吸附平衡时间的缩短可能是因为改性后吸附剂性质发生了

44、改变，此时吸附量和吸附效率达到最大，最大吸附量为1.95mg/g，最大吸附效率为77.9%。其后大致保持平衡。5.3溶液pH对吸附U的影响5.3.1实验方案先取25ml浓度为20mg/L的铀标液于1-5号锥形瓶中，分别将其pH调至2、3、4、5、6，再称取0.2g经氯化锌改性后的吸附剂加入其中，放置于恒温水域摇床12h，过滤后分析其剩余铀浓度。5.3.2实验数据记录结果表9 溶液pH对吸附U的影响编号选项 12345溶液pH234565ml吸附液消耗钒酸铵体积（ml）1.30.420.460.320.551.40.35剩余铀浓度（mg/L）14.464.224.455.34

45、6.45吸附量（mg/g）0.6931.9731.941.831.694吸附效率（%）27.778.977.7573.367.755.3.3实验结果分析图10 溶液pH对吸附铀的影响有图表可知：吸附剂在pH=3左右会达到最大的吸附效率和吸附量，最大吸附量为1.973mg/g，最大的吸附效率为78.9%，即溶液在原状态下为最佳值，不用再调节其pH。在pH3时，溶液吸附量和吸附效率增加较快，当3pH6时，变化趋势明显减慢，且变化不大。与吸附前相比，变化趋势大致相同，符合实验预期结果。5.4初始浓度对吸附U的影响5.4.1实验方案分别取0.2g经ZnCl2改性后的样品于锥形瓶中，再加入体积为25ml

46、，浓度分别为10mg/L、20mg/L、30mg/L、50mg/L、100mg/L的铀标液，放置于恒温水域摇床12h，后过滤得到滤液，分析其剩余铀浓度。5.4.2实验数据结果记录表10 初始浓度对吸附U的影响 编号选项12345溶液浓度（mg/L）102030501002ml吸附液消耗钒酸铵体积（ml）0.20.280.481.500.361.564.205ml吸附液消耗钒酸铵体积（ml）0.30.360.784.408.50.360.400.764.488.6剩余铀浓度（mg/L）1.344.458.6743.3794.52吸附量（mg/g）1.0831.942.67

47、0.8280.685吸附效率（%）86.677.7571.133.15实验结果分析图11 初始浓度对吸附U的影响由图表可知：随着溶液初始铀浓度的增加，吸附量先上升，在初始铀浓度为30mg/L左右达到最大值，最大值为2.67mg/g，然后下降，最终趋于平稳；吸附效率一直下降，这可能是因为当溶液中铀浓度较低时，吸附剂中的吸附位点可以与离子充分接触，从而有较高的去除率；随着溶液中离子浓度的升高，大量吸附位点吸附至饱和，导致其他离子只能游离在溶液中，所以去除率下降。6.实验结论通过本实验，验证了甘蔗秸秆作为吸附剂的可能性，可以考虑用作未来处理低浓度含铀废水的材料，甚至可以推广到处理其

48、他金属离子。（1） 甘蔗秸秆改性前最大的吸附效率为44.45%；最大吸附量为1.2mg/g；吸附平衡时间为80min左右；最佳pH为3左右；温度升高有利于吸附；且pH的影响大于温度的影响。（2） 甘蔗改性后最大吸附效率为86.6%；最大吸附量为2.67mg/g；吸附平衡时间为90min左右；最佳pH为3左右；升温有利于吸附；且pH的影响大于温度的影响。可以看出，改性对吸附剂的吸附效果影响很大，氢氧化钠改性效果略好于氯化锌改性，改性可行。未来值得进一步研究，寻找更高效的吸附剂是研究的主要方向。（3） 生物吸附处理低浓度金属离子具有广阔的发展前进，但金属离子浓度较高时，效果不是很明显，吸附效率和吸

49、附量明显下降，所以可以采用其他方法先预处理高浓度金属离子废水，达到一定浓度时，在采用生物吸附方法，这样效果会更好。（4） 实验过程中存在的一些问题：滴定时，钒酸铵溶液的浓度和溶液的浓度不应相差太大，虽然滴定结果的误差不大，但是在计算剩余铀浓度时，就会存在很大的误差；滴定时，所取滴定溶液的体积不应太小，太少的溶液会导致滴定的误差偏大，滴定的溶液体积至少取2ml；微量滴定管不适合滴定浓度相差不大的溶液，滴定方法不能很好地区别出两者溶液的细微差别，如需要精确分析，应采用分光光度法。以上是滴定分析铀含量过程中存在的一些基本问题，可以作为后续实验者的一些参考。参考文献：【1】 Mingxue LIU,

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