含树形分子的螯合树脂的制备及其铀吸附机理研究

核能事业快速发展，含铀废水处理备受重视，采用常规离子交换树脂处理时效率低。亲水性树形分子对金属离子的结合能力强，但选择性差、重复利用困难。本项目结合高分子树脂的分离优势与树形分子的吸附优势，将PAMAM树形分子固载在大孔树脂上，用含P、As原子的基团修饰固载树形分子，提高其吸附选择性，制备铀酰离子螯合吸附树脂。表征确认树脂的结构，采用静态和动态实验研究其吸附、解吸与再生性能，解析吸附性能与螯合树脂结构之间的关系；构建吸附的分子模型，对体系进行Monte Carlo和分子动力学模拟，将性能研究的宏观实验结果与微观的分子模拟轨迹联系起来，从分子水平探讨铀螯合机理、优化树脂的设计；将树脂应用于近中性含铀废水的处理，优化吸附分离工艺。研究工作将树形分子应用于螯合树脂的制备，为铀分离提供新技术，将实验研究与分子模拟结合，完善铀吸附理论并指导树脂合成，具有重要的理论意义和实际应用前景。

新型螯合树脂PS-N-P及PS-PAMAM-PPA通过含磷基团功能化树脂及含磷基团功能化含有树状分子的树脂合成，通过动态和静态吸附试验研究影响铀吸附的物理化学因素，如pH、吸附动力学、初始浓度、温度等。结果显示，PS-1.0G PAMAM-PPA螯合树脂在pH =5.0及温度25℃条件下获得最大吸附量99.89mg/g。吸附过程符合动力学二级方程且化学吸附是其速度控制步骤。热力学参数（∆G, ∆H, ∆S）显示出吸附过程是自发，吸热并且较易进行的。同时，等温吸附过程符合Langmuir模型。.为进一步探索苯基膦酰胺修饰树脂的吸附机理，利用量子化学方法设计简化模型，对苯基膦酰胺和铀酰离子相互作用进行理论研究。通过量子化学计算，分析表明铀酰离子与树形分子末端的两个苯基磷酰形成顺式配合物，由此达到吸附分离的效果。.在树脂的进一步应用与研究方面，通过参考对二价离子较强络合能力的EDTA络合剂分子结构，在接枝树形分子的树脂上接入IDA基团，合成了含量树枝状分子的系列螯合树脂0.0G-IDA , 1.0G-IDA 和 2.0G-IDA的合成及其对镍离子的吸附性能，得出的结论：各代树枝状螯合树脂树脂的吸附容量关系为1.0G-IDA> 2.0G-IDA> 0.0G-IDA；废水pH值在1-7范围内，树脂吸附量随着pH值最大而增加；树脂的平衡吸附量随着废水镍离子的浓度升高而增大；树脂吸附平衡态可以用模型来描述，为单分子层吸附；树脂吸附过程符合一阶可逆动力学模型，吸附速率受颗粒扩散步骤的控制。