铀矿开采及铀水冶会产生大量铀废水,其浓度一般在5 mg/L左右,比国家排放标准(50 ug/L)高出近100倍,对生态环境和人类健康构成了潜在威胁。目前,吸附法是处理低浓度含铀废水的首选方法,但吸附法应用成功与否,主要处决于吸附剂吸附容量的大小和吸附选择性的优劣。因此,如何提高吸附材料对铀的吸附容量和吸附选择性,已成为吸附法研究需要解决的两大关键问题。本文以低浓度含铀废水为研究对象,从提高铀吸附容量、铀吸附选择性和吸附剂回收效率的角度,设计合成了多种吸附材料,研究了pH值、初始铀浓度、吸附时间对其吸附铀性能的影响,以及它们的吸附等温线、吸附热力学和吸附动力学,探索了它们吸附铀的机理。本文的主要研究内容和研究结果如下:(1)采用化学沉淀法合成了Mg-Al-NO₃-LDH吸附剂,并采用SEM-EDS、XRD、FT-IR、XPS、Zata电位仪等分析手段对其表面形貌、微观结构、元素分布、表面官能团及其表面带电性质进行了分析,并系统研究了溶液的pH、初始铀浓度、吸附时间及温度对Mg-Al-NO₃-LDH吸附铀性能的影响,同时采用FT-IR、XPS分析了Mg-Al-NO₃-LDH吸附铀前后表面官能团变化及含氧官能团在铀吸附过程中的作用。结果表明,Mg-Al-NO₃-LDH吸附铀的最佳pH为7.0,吸附平衡时间为100 min。Mg-Al-NO₃-LDH对铀的吸附过程是一个自发,吸热的过程,该吸附过程符合Langmuir吸附等温线模型和假二级动力学模型。选取0.2 mol/L NaHCO₃作为脱附剂,经过5次吸附-脱附循环,吸附容量仅下降1.8%。Mg-Al-NO₃-LDH表面含有的-OH,M-O-M和NO₃^-等含氧官能团主要通过表面络合或者离子交换机制吸附铀。(2)以Mg-Al-NO₃-LDH为基质,利用不同质量比的三聚磷酸钠置换Mg-Al-NO₃-LDH阴离子层中的NO₃^-,制备了含不同量三聚磷酸根插层的TPP-LDH。采用现代分析手段(SEM-EDS、XRD、FT-IR、XPS、Zata电位仪等)对TPP-LDH表面形貌、微观结构、元素分布、表面官能团及其表面带电性质进行分析。通过批序实验系统研究溶液pH、铀初始浓度、吸附时间及温度对TPP-LDH吸附铀性能的影响,并研究TPP-LDH吸附铀的吸附动力学和吸附热力学。同时采用FT-IR、XPS分析TPP-LDH吸附铀前后表面官能团变化及含氧、磷官能团在铀吸附过程中的作用。结果表明,Mg、Al、N、O和P元素在TPP-LDH-1和TPP-LDH-2中呈均匀分布。在pH为5.0⁷.0时,TPP-LDH-1和TPP-LDH-2对铀的吸附效果最佳。TPP-LDH-1和TPP-LDH-2吸附铀的过程是一个自发的、吸热过程,且吸附过程中固液界面的无序度增加。TPP-LDH-1和TPP-LDH-2吸附铀的动力学过程符合假二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型。选取0.2 mol/L NaHCO₃作为脱附剂,经过5次吸附-脱附循环,TPP-LDH-1和TPP-LDH-2对铀的吸附容量仅下降了2.4%和3.5%,且化学结构还能保持稳定。TPP-LDH-2表面的P=O、P-O、–OH等含P和含O官能团在铀吸附过程中起到重要作用。(3)以大比表面积的ZIF-67为牺牲模板,通过水解原位生成多级结构Ni-Co-LDH。采用SEM-EDS、FT-IR、XPS对Ni-Co-LDH的表面形貌、微观结构和表面官能团进行分析。研究不同反应时间对Ni-Co-LDH表面形貌的影响。考察了其在水溶液中对铀的吸附性能。最后探讨了Ni-Co-LDH在低浓度含铀废水中的应用情况。结果表明,Ni-Co-LDH-60呈菱形十二面体结构,但其表面形成了片状结构,随着反应时间的延长,Ni-Co-LDH-180呈片状堆积结构。Ni-Co-LDH-60、Ni-Co-LDH-120和Ni-Co-LDH-180吸附铀受溶液pH影响较大,吸附最佳pH都为5.0。相对Ni-Co-LDH-60和Ni-Co-LDH-120,Ni-Co-LDH-180对铀的吸附效果较佳。Ni-Co-LDH-180吸附铀的过程符合Langmuir吸附等温线模型和假二级动力学模型。通过Langmuir模型拟合,Ni-Co-LDH-180对铀的最大饱和吸附容量高达1135.30 mg/g。Ni-Co-LDH-180吸附铀的过程是一个自发的、吸热过程。铀的高效吸附主要归功于Ni-Co-LDH-180表面的Ni-OH、Co-OH和Ni-O-Co基团。(4)以纳米Fe₃O₄为磁性载体,然后在其表面包裹聚多巴胺涂层,最后通过原位生长法在Fe₃O₄@PDA表面生长TiO₂,成功合成了磁性Fe₃O₄@PDA@TiO₂吸附剂。采用现代先进分析仪器(SEM-EDS、TEM、FT-IR、VSM)对Fe₃O₄@PDA@TiO₂的表面形貌、微观结构、表面官能团和磁学性能进行分析。考察了其在水溶液中对铀的吸附性能。最后探讨了Fe₃O₄@PDA@TiO₂在低浓度含铀废水中的应用情况。结果表明,Fe₃O₄@PDA@TiO₂的饱和磁化强度为7.4 emu/g,对外加磁场呈现良好的磁响应性。Fe₃O₄@PDA@TiO₂吸附铀受溶液pH影响较大,吸附最佳pH为6.0。Fe₃O₄@PDA@TiO₂吸附铀的过程符合Langmuir吸附等温线模型和假二级动力学模型。该吸附过程是一个自发、吸热过程。Fe₃O₄@PDA@TiO₂吸附铀主要受化学吸附控制。Fe₃O₄@PDA@TiO₂主要通过表面的-OH,-NH₂和Ti-O基团与铀发生作用。(5)合成的Mg-Al-NO₃-LDH适合处理碱性含铀废水,而TPP-LDH、Ni-Co-LDH和Fe₃O₄@PDA@TiO₂三种吸附材料适合处理弱酸性含铀废水,其中TPP-LDH-2和Ni-Co-LDH-180对废水中铀选择性强,去除率高,可以作为处理低浓度含铀废水的有效吸附剂。