针对目前铀(Ⅳ)[U(Ⅳ)]吸附材料存在较强酸性(p H小于5)环境中材料稳定性和吸附性能难以兼得的难题,本文选择人工合成[固相法(常压煅烧法)和液相法(沉淀法)]与贵州天然氟磷灰石作为铀(Ⅳ)吸附材料。氟磷灰石[Ca₁₀(PO₄)₆F₂,FA]的选择依据如下:FA抗辐照和化学稳定性较好;同时,FA在较强酸性(p H小于5)条件下可部分溶解,FA溶解产生的Ca²⁺和PO₄^3-可与UO₂²⁺结合,形成铀矿Ca(UO₂)₂(PO₄)₂,实现本文“源于自然(铀矿),归于自然(铀矿)”的核心理念。在多个吸附影响因素下,本文系统研究人工合成(固相法和液相法)与天然FA对U的去除,以pseudo-first-order、pseudo-second-order、Langmuir和Freundlich等模型进行数据拟合。结合XRF、XRD、FTIR、BET、SEM、TEM、XPS和ICP-OES等表征方法,对吸附U前后人工合成(固相法和液相法)与贵州天然FA进行系统测试,并揭示三种FA的U去除机理。本文主要内容包括以下三部分:(1)以氟化钙、焦磷酸钙、氢氧化钙为反应原料,采用固相法在900摄氏度下煅烧4小时合成FA。将FA球磨4小时,可制得出平均尺寸为1.38微米,比表面积为8.67m~2/g的FA粉体吸附材料。当吸附条件为308K,pH等于3,FA加入量为0.12g/L,吸附时间120分钟,待吸附浓度100 mg/L时,固相法合成FA对铀(Ⅳ)的吸附容量(Q_e)和去除率(R(%))分别达到655.17 mg/g和78.62%。固相法FA对铀(Ⅳ)的吸附适用于pseudo-second-order和Langmuir模型,吸附自发进行,且该过程伴随吸热。固相法(常压煅烧法)合成氟磷灰石通过表面矿化作用对U进行去除,FA吸附U后表面形成了Ca(UO₂)₂(PO₄)₂×6H₂O,且Ca(UO₂)₂(PO₄)₂×6H₂O在p H≥3条件下稳定性较好。(2)以C₁₆H₃₆FN、Ca(NO₃)₂·4H₂O、(NH₄)₂HPO₄为反应原料,按原化学计量摩尔比添加原料,采用液相法(沉淀法)合成氟磷灰石。液相法合成的浆料经过真空干燥后,在300℃下保温3 h获得的氟磷灰石为棒状晶体,其直径为20-70 nm,长度为100-500 nm,比表面积为67.9 m~2/g。当吸附条件为308 K,p H等于3,液相法FA加入量为0.12 g/L,吸附时间60分钟,待吸附浓度100 mg/L时,液相法(沉淀法)FA对铀(Ⅳ)的Q_e和R(%)分别达到716.58 mg/g和85.99%。液相法FA对铀(Ⅳ)的吸附适用于pseudo-second-order和Langmuir模型,吸附自发进行,且该过程伴随吸热。液相法(沉淀法)FA通过表面矿化作用对U进行去除,吸附U的液相法FA表面形成了Ca(UO₂)₂(PO₄)₂×6H₂O,且Ca(UO₂)₂(PO₄)₂×6H₂O在p H≥3条件下稳定性较好。(3)本文采用的贵州天然氟磷灰石(FA)矿物主要成分有氟磷灰石[Ca₁₀(PO₄)₆F₂,75.66 wt.%]、二氧化硅(Si O₂,16.04 wt.%)和磷酸钙[Ca₃(PO₄)₂,6.36 wt.%]。球磨4小时后的天然FA粉体为不规则块体,天然FA平均粒径为12.4微米,比表面积为4.7m~2/g。当吸附条件为308 K,p H等于3,天然氟磷灰石加入量为0.12 g/L,吸附时间160分钟,待吸附浓度100 mg/L时,天然FA对铀(Ⅳ)的Q_e和R(%)分别达到620.08 mg/g和74.41%。贵州天然FA对铀(Ⅳ)的吸附适用于pseudo-second-order和Langmuir模型,吸附自发进行,且该过程伴随吸热。贵州天然FA通过表面矿化作用对U进行去除,吸附U后的天然FA表面形成了铀矿Ca(UO₂)₂(PO₄)₂×6H₂O和Ca(UO₂)₂(PO₄)₂·2H₂O,且Ca(UO₂)₂(PO₄)₂×6H₂O和Ca(UO₂)₂(PO₄)₂·2H₂O在p H≥3条件下稳定性较好。本文以人工合成[固相法(常压煅烧法)和液相法(沉淀法)]与贵州天然氟磷灰石作为U吸附材料,不仅能够实现含铀(Ⅳ)废水的有效净化处理和天然氟磷灰石作为铀(Ⅳ)去除材料的资源化利用,还可实现含铀(Ⅳ)废水中放射性核素铀(Ⅳ)的矿化处理。其相关研究结果表明:氟磷灰石具有可观的工业化应用前景,其可作为一种含铀(Ⅳ)废水净化和固体化处理的吸附材料。