新型纳米零价铁的制备及去除铀尾矿库废水中210Pb、210Po的研究

In uranium ore mining and smelting process, the radionuclide in ore in addition to most of the uranium was extracted, a small amount of uranium and almost all of the 232Th, 228Ra, 210Pb, 210Po enter into tailings and storage in tailings pond. Because chemistry and bacterial oxidation, the pyrite in tailings transform into sulfuric acid partly which can leaching some harmful substance from tailings, the wastewater contains some radionuclide such as 238U, 232Th, 228Ra, 210Pb, 210Po,the residents around tailings pond use this wastewater usually to irrigate farmland which make radionuclide accumulate in farmland soil and migrate to crops,finally enter into the human body through the food chain causing serious damage to human body health. Based on the present research on the study of nano zero-valent iron in the domestic and foreign, the project use liquid reduction method to prepare starch loaded and carboxymethyl cellulose coated nano zero-valent iron which used to remove 210Po, 210Pb in wastewater from uranium tailings. The project main study preparation methods and conditions on nano zero-valent iron, removal conditions and mechanism on the radionuclide by nano zero-valent iron, and eventually develope a economic、high efficiency and reused new nano materials. The results can be used to deal with wastewater from uranium tailings, reduce treatment costs and relieve radiation hazards on the environment by radioactive wastewater from uranium tailings

铀矿采冶过程中，矿石中的放射性核素，除铀大部分被提取外，还有少量铀和几乎全部的232Th、228Ra、210Pb、210Po等进入尾矿贮存在尾矿库内，由于化学和细菌的氧化作用，尾矿中的黄铁矿可部分转变成硫酸，使矿石中的有害物质浸出，浸出液中含有238U、232Th 、228Ra、210Pb、210Po等放射性核素,铀矿山周围居民长期用这种废水浇灌农田，使放射性核素积聚在农田土壤中，亦迁移到作物中，通过食物链，最后进入人体，对人体健康造成伤害。本项目在调研国内外纳米零价铁研究的基础上，运用液相还原法制备负载型和包覆型纳米零价铁，并用来去除铀尾矿库废水中放射性核素210Po、210Pb。主要研究纳米零价铁的制备方法和条件、纳米零价铁去除废水中放射性核素的条件及机理，最终研发出经济高效、可重复使用的新型纳米材料。该成果可用于铀尾矿库废水处理，降低废水处理成本，减轻铀尾矿废水对环境的辐射危害

本项目的主要研究成果：.（1）纳米零价铁与包覆型纳米零价铁对溶液中Pb2+的去除率都达到97%以上，而负载型纳米零价铁对Pb2+的去除率达到了100%，且纳米零价铁包覆和负载后，可以很好的抑制其氧化和团聚问题，制备和保存比较容易，且对Pb2+仍有较好的去除效果。.（2）等温吸附及动力学研究结果表明：Langumir等温吸附模型可以更好的描述两种材料对Pb2+的吸附过程，以单分子层吸附为主，属于物理吸附；△H、△S、△G分析计算表明，其吸附过程都是自发进行的吸热反应，随着初始浓度的增加，自发程度越来越低；动力学研究表明，准二级动力学模型可以较好地描述吸附过程；表观活化能Ea均在0~40KJ/mol范围之内，故两种类型的纳米零价铁对Pb2+的吸附过程主要属于物理吸附。.（3）材料的表征结果表明：两种类型的纳米零价铁颗粒成链球状的网状结构，颗粒大小均匀且表面光滑，粒径明显变小，平均粒径在50nm左右，主要呈链状球体，团聚现象明显减少。反应后包覆型纳米零价铁和纳米零价铁都呈现出不规则的片状结构；由EDS分析可知：包覆型纳米零价铁比纳米零价铁的表面Fe元素质量分数有所下降，而负载型纳米零价铁表面Fe元素含量增加明显，O元素含量降低。由XRD分析可知：反应前的包覆型纳米零价铁和纳米零价铁只有44.59°衍射峰的α-Fe0(110)晶面，没有铁氧化物和其他杂质的特征衍射峰，反应后的包覆型纳米零价铁可以看到FeOOH、Fe3O2和Fe3O4等晶面的衍射峰；而NZVI/CS反应前的特征峰在2θ=44.7°左右，与铁的110晶面（2θ=44.6732°）所对应的最强衍射峰相符合，并没有看到任何铁氧化物的衍射峰出现，说明样品中主要为单质铁，几乎没有铁氧化物存在。反应后NZVI/CS在2θ=35°左右出现衍射峰，对应为Fe3O4的强衍射峰（2θ=35.46°）。由BET分析可知：纳米零价铁、包覆型纳米零价铁的比表面积分别为28.44 m2•g-1、39.97 m2•g-1和68 m2•g-1，说明包覆型和负载型纳米零价铁粒径变小、比表面积增大的同时还解决了纳米零价铁易团聚氧化问题