纳米羟基磷灰石去除地浸铀矿山退役采区地下水中铀的性能及机理

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单位南华大学资源环境与安全工程学院;中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室;湖南省地质地理信息所;新疆中核天山铀业有限公司;
来源煤炭学报
摘要
本文针对地浸铀矿山退役采区铀污染地下水问题,采用凝胶法制备合成了纳米羟基磷灰石(hydroxyapatite,HAP)材料, 并研究了反应时间、U(VI)初始浓度、反应温度及干扰离子等因素对U(VI)去除效果的影响,探讨了HAP去除U(VI)的反应动力学和热力学行为。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试技术,对HAP去除U(VI)前后的结果进行了表征,进一步阐明了HAP去除U(VI)的机理。最后,评价了HAP对真实地浸铀矿山退役采区地下水的修复效果。研究结果表明:pH=3.0的酸性U(VI)溶液,反应在120 min内达到吸附平衡,HAP对U(VI)的去除率为96.87%,其最大吸附容量达40.36 mg/g;pH=7.0的中性U(VI)溶液,反应在360 min内达到吸附平衡,HAP对U(VI)的去除率为96.04%,展现出了优异的吸附性能。不同干扰离子对HAP去除U(VI)的效果存在差异,在pH=3.0时,Al3+对HAP去除U(VI)的效果具有抑制作用;在pH=7.0时,HCO3-对HAP去除U(VI)的效果具有抑制作用,而PO43-则具有促进作用。不同pH条件下,HAP去除U(VI)的机理也存在差异,在pH=3.0时,其去除U(VI)的机理主要通过HAP的溶解-沉淀、表面络合和离子交换实现;而在pH=7.0时,则以表面络合和离子交换为主导。HAP对实际铀污染地下水同样表现出良好的处理效果:在酸性条件下(C0 = 10.05 mg/L,pH=2.86),HAP对U(VI)的去除率达87.5%;在CO2+O2中性环境下(C0 = 10.3 mg/L,pH=7.58),其去除率达到94.5%。综上,HAP具有良好的吸附U(VI)的能力和环境适应性,可作为地浸铀矿山退役采区地下水中铀污染的修复材料。

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