胶原多肽纳米球选择性吸附分离含氟铀酰离子机理研究

Uranium and fluorine were both present in the waste water from production process of nuclear fuel. Not only with high toxicity, fluorine also has an important influence on the isolation, purification and recycling of uranium from waste water. Thus, the increased interest had been focused on the preparing of useful materials with the properties of highly reactive, easy operation, low cost and effective separation of fluorine and uranium. In present study, the hydrolyzed collagen peptides are used as materials to prepare collagen-like nanoparticles by using the sol-gel technique. Furthermore, the selective adsorption and mechanisms of collagen-like nanoparticles on fluorine-containing uranyl ion will be investigated and explored. Moreover, the corresponding changes in structure characterizations of collagen-like nanoparticles will be also determined. In addition, present research will provide some useful and valuable theoretical reference for the scale of treating radioactive pollution with peptides.

湿法核燃料生产过程中产生的废水中不仅含铀，同时还含有氟。氟具有较大的化学毒性，严重影响铀（主要以铀酰离子UO22+存在）的分离回收。研究一种高活性、易操作、低成本并能选择性吸附分离含氟铀酰离子的功能材料是核工业废水处理过程中的热点和难点之一。本项目拟利用纳米结构的优异性能，以制革废弃皮渣（块）水解产物胶原多肽为原料，采用溶胶-凝胶法及表面修饰技术获得对废水中含氟铀酰离子具有选择性吸附分离特性的胶原多肽纳米球。同时，研究胶原多肽纳米球与氟和铀的相互作用关系，并进一步分析胶原多肽纳米球作用于氟和铀后相关结构性能的变化，从而揭示胶原多肽纳米球选择性吸附分离氟和铀的理论机制。通过项目的实施，能够为多肽物质在放射性污染治理方面的应用提供理论依据。

项目以牛血清白蛋白（BSA）为原料，通过去溶剂法制得具有高比表面积的BSA微球颗粒，并通过将杨梅单宁（BT）接枝在BSA微球上，得到杨梅单宁改性BSA微球。同时，通过扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）以及热分析（TG和DSC）等表征手段分析吸附材料的形态特征、结构变化、热性能等特征，并以BSA/杨梅单宁微球为吸附材料，对含铀废水中的铀酰离子进行吸附实验。结果表明，随着杨梅单宁用量的加大，BSA/杨梅单宁微球的颜色越来越深，且当杨梅单宁用量达到50%时，BSA/杨梅单宁微球相互之间发生了一定的粘连；BSA/杨梅单宁微球的O-H伸缩振动吸收峰的峰宽大于BSA微球的峰宽，表明杨梅单宁已成功接枝到BSA表面；BSA/杨梅单宁微球的降解率随着杨梅单宁用量的增加而降低，其耐热稳定性逐渐增加。同时，BSA/杨梅单宁微球对UO22+有较强的吸附能力。当温度为18 ℃、pH=5.0、UO22+初始浓度为53.8 mg/L、吸附时间为8 h时，BSA/杨梅单宁微球吸附率最高达到85.66%，优于对照的BSA微球。该材料可望用于含铀废水的吸附与分离。.同时，选择富含胶原纤维且价格低廉的制革废弃边角料为原料，分别采用了水解、水热以及固化鞣酸等方法制备了三种吸附材料，系统研究了皮胶原基吸附剂对U (VI)的静态吸附特性和吸附机理。在氟离子吸附去除方面，本项目以来源广泛、成本低廉的制革副产物皮革边角废料为原料，对其改性后制备出负载锆(ZHGLW)以及负载锆并羧化(ZCGLW)的两种粒状吸附材料，系统研究了这两种新型皮胶原基吸附材料对氟离子的静态吸附特性、吸附机理。