羧基化杯[4]芳烃衍生物的合成及其对U(Ⅵ)的吸附性能研究

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核能作为一种安全、环保的新能源已愈来愈被重视。但作为核能主要燃料的铀既具有重金属化学毒性又兼具有放射性,因此为减少含铀废水对人类健康和生态环境的危害,研究新型功能材料对放射性废水中的铀进行去除处理是一项非常迫切而又艰巨的任务。杯芳烃是苯酚单元通过亚甲基桥连所构成的大环化合物,具有分子(离子)识别能力,通过对杯芳烃的上沿、下沿等位置进行功能化修饰,从而导入具有特殊功能的官能团,能够实现对目标金属离子的选择性识别功能。这对重金属离子的去除、回收等方面有着非常重要的意义,因此杯芳烃衍生物的合成与应用已经成为该领域的研究热点。基于对叔丁基杯[4]芳烃与UO22+空间配位构型高度匹配的特点,本论文以对叔丁基杯[4]芳烃、间氨基苯甲酸、1,3-二溴丙烷、对氨基苯甲酸、盐酸羟胺、3,3’-亚胺二丙腈、等为原料,得到了两种新型功能化材料羧基化杯[4]芳烃衍生物,运用红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)、扫描电镜(SEM)等表征手段对其结构进行分析,主要研究内容及结论如下:(1)以甲醛、对叔丁基苯酚为反应原材料合成对叔丁基杯[4]芳烃,再以对叔丁基杯[4]芳烃、间氨基苯甲酸、1,3-二溴丙烷、等为原料,得到了一种新型功能化材料间羧基苯偶氮基杯[4]芳烃溴代乙醚衍生物(MCA-BDED),运用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等表征手段对其结构进行分析,考察溶液pH值、吸附时间、铀初始浓度、吸附剂投加量、温度等因素对MCA-BDED吸附铀效果的影响,分析吸附过程中的反应动力学和吸附等温线。结果表明:在温度为25℃时,MCA-BDED吸附铀的最佳条件是pH值为4.0,铀初始浓度为20 mg/L,吸附剂MCA-BDED投加量为20 mg,吸附平衡时间为4 h以及最佳温度为30℃。MCA-BDED对U(VI)的吸附过程符合准二级动力学模型,表明吸附过程为化学吸附。Langmuir、Freundlich等温线均可较好地拟合吸附过程,说明该吸附体系是一个单层覆盖与多层吸附相结合的模式。使用3种不同的解吸剂对MCA-BDED解吸再生3次后,其对铀的吸附率均在60%以上,说明MCA-BDED对铀有良好的再生性能。(2)以对叔丁基杯[4]芳烃、对氨基苯甲酸、盐酸羟胺、3,3’-亚胺二丙腈、等为原料,得到了一种新型功能化材料对羧基苯偶氮基杯[4]芳烃胺肟衍生物,运用红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、扫描电镜(SEM)等表征手段对其结构进行分析,考察溶液pH值、吸附时间、铀初始浓度、吸附剂投加量等因素对羧基苯偶氮基杯[4]芳烃胺肟衍生物吸附铀效果的影响,分析吸附过程中的反应动力学。结果表明:在温度为25℃时,对羧基苯偶氮基杯[4]芳烃胺肟衍生物吸附铀的最佳条件是pH值为4.0,铀初始浓度为10 mg/L,吸附剂对羧基苯偶氮基杯[4]芳烃胺肟衍生物投加量为10 mg,吸附平衡时间为5 h。对羧基苯偶氮基杯[4]芳烃胺肟衍生物对U(VI)的吸附过程符合准二级动力学模型,表明吸附过程为化学吸附。使用3种不同的解吸剂对对羧基苯偶氮基杯[4]芳烃胺肟衍生物解吸再生3次后,其对铀的吸附率均在70%以上,说明对羧基苯偶氮基杯[4]芳烃胺肟衍生物对铀有良好的再生性能。
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