锶在磷酸焦磷酸钍上的吸附研究_彭泽.pdf

采用静态法研究无机酸根溶液和铀酰离子对锶磷酸焦磷酸钍上吸附行为。实验结果表明:pH 值对锶()在磷酸焦磷酸钍上的吸附影响很大，随着 pH 值增大，吸附量增大，硫酸钾和磷酸二氢钾对锶()的吸附影响不大，改变体系硫酸钾和磷酸二氢钾浓度对锶()在磷酸焦磷酸钍上的吸附影响很小;柠檬酸根浓度改变对锶()在磷酸焦磷酸钍上的吸附影响很大;铀酰离子的加入降低了锶()在磷酸焦磷酸钍上的吸附，锶降低铀酰离子在磷酸焦磷酸钍上的吸附。关键词:无机酸根离子;锶;吸附;磷酸焦磷酸钍中图分类号:TQ028文献标识码:A文章编号:1008021X(2023)03006105Study of Strontium(II)Sorption on Th4(PO4)4P2O7Peng Ze(China Institute of Atomic Energy，Jiaxing314300，China)Abstract:The sorption of Sr(II)on Th4(PO4)4P2O7is determined at different experimental conditions by using the batchtechnique The effects of pH，anions(NO3，SO42，H2PO4，Cit3)and UO22+are investigated It indicated the sorption of Sr(II)on Th4(PO4)4P2O7increases slowly from pH 7 to 13No effects are found in presence of sulfate and phosphateThe amountof Sr(II)sorption on Th4(PO4)4P2O7changes in different concentration of citrateIonic strength and foreign anions effect weaklyon Sr(II)sorption onto Th4(PO4)4P2O7Sorption of Sr(II)on Th4(PO4)4P2O7decreases in presence of UO22+and sorption ofUO22+on Th4(PO4)4P2O7in presence of Sr(II)Key words:anion;strontium;sorption;Th4(PO4)4P2O7由于日本福岛核电站事故的发生，让核能进入了广大人民群众的视野，人们对这种新型能源充满了好奇，想进一步深入地了解它。核能它是一种什么样的能源?核能是如何产生的?核能也是否像传统的化石能源一样对环境造成很大的污染?核能的利用是否对人类是安全可靠的?基于以上这些原因，有很多人在对核能的安全利用做出了一些研究。例如研究如何提高核燃料的利用率;研究如何高效安全地提高核能转化为其他能量;核电站等产生的核废料如何处理和处置才不会对环境造成污染。欧美等多数发达国家在 20 世纪 70 年代后期就核素在地质介质中的吸附迁移行为以及从吸附解吸机理等方面进行了研究，并加以开发利用。使核素迁移初步系统化，合理化，极大地推进了核素迁移行为的研究和发展。近年来，对于水解离子的吸附情况进行了大量的研究:Song Yinjie 等人1 对 SiO2TiO2复合水和氧化物胶体对铀吸附以及吸附过程的热力学进行了研究;李伟娟等人2 研究了镅()、钍()、鎿()在铝硅、铁氧化物及土壤上的吸着;张红霞等3 研究了铀酰在二氧化硅上的吸附行为，并讨论了磷酸盐对吸附行为的影响;王东林4 合成了磷酸焦磷酸钍，比研究了其对三价的 Eu 和 Am 的吸附性能。本实验研究的课题就是对核废料后处理过程中利用一些吸附剂回收其中有用的元素的吸附剂性能的研究。核废料后处理可以减少核废料中的放射性元素，降低核废料的放射性，减少对环境的破坏。实验过程中采用实验组互相对照的方法:即对同一种无机酸根离子取三种不同的浓度，加入相同量的吸附剂和锶()配成溶液。比较吸附后三种不同的浓度的无机酸根离子溶液中锶的吸附百分比是否有变化来验证这种无机酸根对锶在磷酸焦磷酸钍上的吸附是否有影响。计算公式:S=A0 AA0 100%式中，S 为吸附百分比，A0为没加入吸附剂时测得的溶液的信号，A 为达到吸附平衡后测得的溶液的信号。1实验部分11试剂硝酸锶，分析纯，北京市化学试剂研究所;硝酸钍，分析纯，中国上海;磷酸二氢铵，分析纯，天津市科密欧化学试剂研发中心;硝酸钾，分析纯，西安化学试剂厂;硫酸钾，分析纯，西安化学试剂厂;磷酸二氢钾，分析纯;柠檬酸钠，分析纯，北京化工厂;偶氮胂()，分析纯，北京化工厂;氯乙酸，分析纯，北京化工厂;浓硝酸，分析纯，西安化学试剂厂;浓盐酸，分析纯，利安隆博华天津医药化学有限公司;氢氧化钾，分析纯，上海化学试剂厂。12仪器pH 计，UB7 型;可见分光光度计，721E 型，上海光谱仪器有限公司;火焰原子吸收光谱仪，Perkin Elmer 700 型;台式高速离心机，TG18M 型，长沙平凡仪器仪表有限公司;天平，北京赛多利斯天平有限公司;调速振荡器，恒温箱，电磁搅拌器，真空泵，电磁搅拌器。13实验内容131磷酸焦磷酸钍的合成磷酸焦磷酸钍的合成采用溶液合成法:即将原料分别溶解后，配成溶液，然后将两种溶液混合，再进行灼烧、搅拌、洗涤、烘干等过程。原料采用 Th(NO3)46H2O 和(NH4)H2PO4，按照钍离子和磷酸根的物质的量比例为 2 3 称取合适的原料，分别置于烧杯中，向盛有硝酸钍的烧杯中加入 12 mol/L 的盐酸溶解，防止钍离子水解;向盛有磷酸二氢铵的烧杯中加入等量16彭泽:锶在磷酸焦磷酸钍上的吸附研究DOI:10.19319/ki.issn.1008-021x.2023.03.013山东化工水溶解。之后将二者混合，混合液为无色液体。然后在电炉上加热、搅拌，一段时间后烧杯内的液体开始沸腾，不断地搅拌有无数的小气泡产生。由于蒸干过程爆沸很小，电炉可持续加热。最后，经过不断加热，溶液上面出现白色泡沫，一会后整个烧杯内全成糊状物，搅拌时糊状物表面呈现黄色(黄色是由于浓盐酸的存在)。很快变白(盐酸挥发)，直至变为白色粉末为止，即烧至没有烟冒出(盐酸完全挥发)。将烧好的白色粉末装在坩埚中，半盖盖子，置于马弗炉中在 1 250 灼烧，每天 12 h，共 3 d。然后将样品放入烧杯中用蒸馏水溶解后在电磁搅拌器上连续搅拌 24 h。搅拌后的溶液移入 250 mLG4 漏斗用真空泵不断地进行抽滤、洗涤 2 h。洗涤好的样品放入恒温箱中烘干。将得到的白色粉末研磨后通过 125 m(120 目)筛子筛选，放入干燥器中备用。132制作标准曲线(1)0001 mol/L KNO3溶液体系:取 5 只 25 mL 容量瓶，分别加入 001 mol/L KNO3溶液 250 mL，依次加入 050，100，150，200，250 mL 0001 mol/L 的硝酸锶溶液，然后定容。用火焰原子吸收光谱仪测量锶的信号，作锶浓度吸收信号关系图。(2)001 mol/L K2SO4溶液体系:取 5 只 25 mL 容量瓶，分别加入 01 mol/L K2SO4溶液 250 mL，依次加入 050，100，150，200，250 mL 0001 mol/L 的硝酸锶溶液，然后定容。用火焰原子吸收光谱仪测量锶的信号，作锶浓度吸收信号关系图。0001 mol/L K2SO4溶液体系:取 5 只 25 mL 容量瓶，分别加入 001 mol/L K2SO4溶液 250 mL，依次加入 050，100，150，200，250 mL 0001 mol/L 的硝酸锶溶液，然后定容。用火焰原子吸收光谱仪测量锶的信号，作锶浓度吸收信号关系图。0000 1 mol/L K2SO4溶液体系:取 5 只 25 mL 容量瓶，分别加入 0001 mol/L K2SO4溶液 250 mL，依次加入 050，100，150，200，250 mL 0001 mol/L 的硝酸锶溶液，然后定容。用火焰原子吸收光谱仪测量锶的信号，作锶浓度吸收信号关系图。三条线放在一张图上。(3)001 mol/L KH2PO4溶液体系:取 5 只 25 mL 容量瓶，分别加入 01 mol/L KH2PO4溶液250 mL，依次加入050，100，150，200，250 mL 0001 mol/L 的硝酸锶溶液，然后定容。用火焰原子吸收光谱仪测量锶的信号，作锶浓度吸收信号关系图。0001 mol/L KH2PO4溶液体系:取 5 只 25 mL 容量瓶，分别加入 001 mol/L KH2PO4溶液 250 mL，依次加入 050，100，150，200，250 mL 0001 mol/L 的硝酸锶溶液，然后定容。用火焰原子吸收光谱仪测量锶的信号，作锶浓度吸收信号关系图。0000 1 mol/L KH2PO4溶液体系:取 5 只 25 mL 容量瓶，分别加入 0001 mol/L KH2PO4溶液 250 mL，依次加入 050，100，150，200，250 mL 0001 mol/L 的硝酸锶溶液，然后定容。用火焰原子吸收光谱仪测量锶的信号，作锶浓度吸收信号关系图。三条线放在一张图上。(4)001 mol/L 柠檬酸钠溶液体系:取 5 只 25 mL 容量瓶，分别加入 01 mol/L 柠檬酸钠溶液 250 mL，依次加入 050，100，150，200，250 mL 0001 mol/L 的硝酸锶溶液，然后定容。用火焰原子吸收光谱仪测量锶的信号，作锶浓度吸收信号关系图。0001 mol/L 柠檬酸钠溶液体系:取 5 只 25 mL 容量瓶，分别加入 001 mol/L 柠檬酸钠溶液 250 mL，依次加入 050，100，150，200，250 mL 0001 mol/L 的硝酸锶溶液，然后定容。用火焰原子吸收光谱仪测量锶的信号，作锶浓度吸收信号关系图。0000 1 mol/L 柠檬酸钠溶液体系:取 5 只 25 mL 容量瓶，分别加入 0001 mol/L 柠檬酸钠溶液 250 mL，依次加入 050，100，150，200，250 mL 0001 mol/L 的硝酸锶溶液，然后定容。用火焰原子吸收光谱仪测量锶的信号，作锶浓度吸收信号关系图。三条线放在一张图上。(5)0001 mol/L KNO3、00001 mol/L UO2(NO3)2溶液体系:取 5 只 25 mL 容 量 瓶，分 别 加 入 0 01 mol/L KNO3、0001 mol/L UO2(NO3)2溶液 250 mL，依次加入 050，100，150，200，250 mL 0001 mol/L 的硝酸锶溶液，然后定容。用火焰原子吸收光谱仪测量锶的信号，作锶浓度吸收信号关系图;用可见分光光度计测量铀的吸光度，作铀浓度吸光度关系图。取 5 只 25 mL 容 量 瓶，分 别 加 入 0 01 mol/L KNO3、0001 mol/L Sr(NO3)2溶液 250 mL，依次加入 050，100，150，200，250 mL 0001 mol/L UO2(NO3)2溶液，然后定容。用火焰原子吸收光谱仪测量锶的信号，作锶浓度吸收信号关系图;用可见分光光度计测量铀的吸光度，作铀浓度吸光度关系图。133吸附试验13310001 mol/L KNO3溶液体系吸附曲线:取若干支 10 mL 试管，在试管中加入 0030 0 g的磷酸焦磷酸钍，06 mL 001 mol/L 的 KNO3溶液和 06 mL0001 mol/L的 Sr(NO3)2，然后分别加入一系列不同 pH 值的溶液至 6 mL，调节 pH 值，使其出现一定的 pH 值梯度。将试管密封后在振荡器中25 温度下振荡50 h。振荡结束后，经过离心机离心后，取出上清液 2 mL 测火焰原子吸收信号，剩余部分测pH 值。作 pH 值吸附百分比曲线。1332K2SO4溶液体系吸附曲线取若干支 10 mL 试管，分成三组。第一组在试管中加入06 mL 01 mol/L 的 K2SO4溶液，第二组加入 06 mL 0001 mol/L的 K2SO4溶液，第三组加入 06 mL 0001 mol/L 的 K2SO4溶液。三组中都加入 0030 0 g 的磷酸焦磷酸钍和 06 mL 0001 mol/L的 Sr(NO3)2，然后分别加入一系列不同 pH 值的溶液至 6 mL，调节 pH 值，使其出现一定的 pH 值梯度。将试管密封后在振荡器中 25 温度下振荡 50 h。振荡结束后，经过离心机离心后，取出上清液 2 mL 测火焰原子吸收信号，剩余部分测 pH 值。在同一张图中作三条 pH 值吸附百分比曲线。1333KH2PO4溶液体系吸附曲线取若干支 10 mL 试管，分成三组。第一组在试管中加入06 mL 0 1 mol/L 的 KH2PO4溶 液，第 二 组 加 入 0 6 mL0001 mol/L的 KH2PO4溶液，第三组加入 06 mL 0001 mol/L的 KH2PO4溶液。三组中都加入 0030 0 g 的磷酸焦磷酸钍，06 mL 001 mol/L的 KNO3和06 mL 0001 mol/L 的 Sr(NO3)2，然后分别加入一系列不同 pH 值的溶液至 6 mL，调节 pH 值，使其出现一定的 pH 值梯度。将试管密封后在振荡器中 25 温度下振荡 50 h。振荡结束后，经过离心机离心后，取出上清液2 mL测火焰原子吸收信号，剩余部分测 pH 值。在同一张图中作三条 pH 值吸附百分比曲线。1334柠檬酸钠溶液体系吸附曲线取若干支 10 mL 试管，分成三组。第一组在试管中加入06 mL 0 1 mol/L 的 柠 檬 酸 钠 溶 液，第 二 组 加 入 0 6 mL0001 mol/L的柠檬酸钠溶液，第三组加入 06 mL 0001 mol/L的柠檬酸钠溶液。三组中都加入 0030 0 g 的磷酸焦磷酸钍，06 mL 001 mol/L的 KNO3和06 mL 0001 mol/L 的 Sr(NO3)2，然后分别加入一系列不同 pH 值的溶液至 6 mL，调节 pH 值，使其出现一定的 pH 值梯度。将试管密封后在振荡器中 25 温度下振荡50 h。振荡结束后，经过离心机离心后，取出上清液2 mL测火焰原子吸收信号，剩余部分测 pH 值。在同一张图中作三条 pH 值吸附百分比曲线。13350001 mol/L KNO3、0000 1 mol/L UO2(NO3)2溶液体系吸附曲线取若干支 10 mL 试管，在试管中加入 0030 0 g 的磷酸焦磷酸钍，06 mL 001 mol/L 的 KNO3溶液，06 mL 0000 1 mol/L 的UO2(NO3)2和 06 mL 0001 mol/L 的 Sr(NO3)2，然后分别加入一系列不同 pH 值的溶液至 6 mL，调节 pH 值，使其出现一定的26SHANDONG CHEMICAL INDUSTY2023 年第 52 卷第 3 期pH 值梯度。将试管密封后在振荡器中 25 温度下振荡 50 h。振荡结束后，经过离心机离心后，取出上清液 2 mL 测锶火焰原子吸收信号，1 mL 用可见分光光度计测铀的信号，剩余部分测pH 值。作 pH 值吸附百分比曲线。2结果和讨论21标准曲线211硝酸钾溶液体系标准曲线0001 mol/L KNO3体系 Sr(NO3)2的标准曲线如图1 所示。图 10001 mol/L KNO3体系 Sr(NO3)2的标准曲线212K2SO4溶液体系标准曲线K2SO4体系 Sr(NO3)2的标准曲线如图 2 所示。图 2K2SO4体系 Sr(NO3)2的标准曲线213KH2PO4溶液体系标准曲线KH2PO4体系 Sr(NO3)2的标准曲线如图 3 所示。图 3KH2PO4体系 Sr(NO3)2的标准曲线214柠檬酸钠溶液体系标准曲线柠檬酸钠体系 Sr(NO3)2的标准曲线如图 4 所示。图 4柠檬酸钠体系 Sr(NO3)2的标准曲线215硝酸钾铀酰体系标准曲线硝酸钾铀酰体系标准曲线如图 58 所示。图 5锶浓度不变铀酰浓度改变测锶的原子吸收信号(cSr():1104mol/L)图 6铀酰浓度不变锶浓度改变测锶的原子吸收信号(c(UO22+):1105mol/L)图 7锶浓度一定铀酰浓度改变测铀的吸收信号(cSr():1104mol/L)36彭泽:锶在磷酸焦磷酸钍上的吸附研究山东化工图 8铀酰浓度不变锶浓度改变测铀的吸收信号(c(UO2+):1105mol/L)22硝酸钾溶液体系吸附曲线KNO3体系中 pH 值对 Sr(II)在 Th4(PO4)4P2O7的吸附影响如图 9 所示。cSr:10104mol/L，T=25，t=50 h，m/V=5 g/L，cKNO3:0001 mol/L图 9KNO3体系中 pH 值对 Sr(II)在 Th4(PO4)4P2O7的吸附影响由图 9 可以看出随着溶液中 pH 值的增大，磷酸焦磷酸钍对锶的吸附也随着增大。在 pH 值=12 时吸附达到最大;在 pH值=1314 有所降低，并且吸附相差不大;在 pH 值6 的范围内，其吸附百分比小于 20%。23硫酸钾溶液体系吸附曲线硫酸钾体系中 pH 值对 Sr(II)在 Th4(PO4)4P2O7的吸附影响如图 10 所示。cSr:10104mol/L，T=25，t=50 h，m/V=5 g/L图 10硫酸钾体系中 pH 值对 Sr(II)在 Th4(PO4)4P2O7的吸附影响由图 10 可以看出随着溶液中 pH 值的增大，磷酸焦磷酸钍对锶的吸附也随着增大。在 pH 值=12 时吸附达到最大;在 pH值=1314 有所降低，并且吸附相差不大;在 pH 值7 的范围内，其吸附百分比小于 20%。比较在不同的硫酸钾浓度下的三条曲线，随着浓度的降低磷酸焦磷酸钍对锶的吸附也有所下降，但相差不明显，可以认为硫酸钾浓度对锶在磷酸焦磷酸钍上的吸附影响很小。24磷酸二氢钾溶液体系吸附曲线磷酸二氢钾溶液体系中 pH 值对 Sr(II)在 Th4(PO4)4P2O7的吸附影响如图 11 所示。cSr:10104mol/L，T=25，t=50 h，m/V=5 g/L图 11磷酸二氢钾溶液体系中 pH 值对 Sr(II)在Th4(PO4)4P2O7的吸附影响由图 11 可以看出随着溶液中 pH 值的增大，磷酸焦磷酸钍对锶的吸附也随着增大。在 pH 值=12 时吸附达到最大;在 pH值=1314 有所降低，并且吸附相差不大。在 pH 值9 的范围内随磷酸二氢钾浓度的升高磷酸焦磷酸钍对锶的吸附也随着增大，并且相差很多，可以认为磷酸二氢钾对其吸附是有影响的。在 pH 值9 的范围内随磷酸二氢钾浓度的降低磷酸焦磷酸钍对锶的吸附也随着增大，但是相差不明显，所以在这个 pH值范围内可得出磷酸二氢钾对其吸附影响很小。25柠檬酸钠溶液体系吸附曲线柠檬酸钠体系中 pH 值对 Sr(II)在 Th4(PO4)4P2O7的吸附影响如图 12 所示。cSr:10104mol/L，T=25，t=50 h，m/V=5 g/L图 12柠檬酸钠体系中 pH 值对 Sr(II)在 Th4(PO4)4P2O7的吸附影响由图 12 可以看出随着溶液中 pH 值的增大，磷酸焦磷酸钍对锶的吸附也随着增大。在 pH 值=12 时吸附达到最大，达到了 90%左右;在 pH 值=1314 有所降低。比较三条曲线可以发现在 0001 mol/L 的柠檬酸钠体系中对锶的吸附是最大的，而 0000 1 mol/L 柠檬酸钠体系中对锶的吸附是最小的，并且相差比较大，所以柠檬酸钠对锶的吸附是有影响的。46SHANDONG CHEMICAL INDUSTY2023 年第 52 卷第 3 期260001 mol/L KNO3、0000 01 mol/L UO2(NO3)2溶液体系 Sr(II)吸附曲线图 13 可以看出加了铀酰的体系中吸附剂对锶的吸附百分比随 pH 值的变化趋势是随着 pH 的增大而增大，在 pH 值=12时吸附达到最大;在 pH 值=1314 有所降低，并且吸附相差不大;在 pH 值10 的范围内，其吸附百分比小于 20%，pH 值=11时的吸附百分比也只有 50%。与图中的没有铀酰的体系中的吸附曲线比较可以发现在 pH 值12 的范围内磷酸焦磷酸钍对锶的吸附是降低的，所以在这个 pH 值范围内铀对锶的吸附是有影响的，降低了对锶的吸附。cSr:10104mol/L，cU:10105mol/L，T=25，t=50 h，m/V=5 g/L图 13铀酰对锶吸附的影响图 14 中可以看出加了锶的体系中吸附剂对铀的吸附百分比随 pH 值的变化趋势:在 pH 值=410 的范围内吸附是小于40%，在 pH 值=1114 的范围内是 90%左右。与没有加入锶的曲线比较，在 pH 值10 的范围内对铀的吸附是降低的，所以在这个 pH 值范围内锶对铀酰的吸附是有影响的，降低了对铀的吸附。cSr:10104mol/L，cU:10105mol/L，T=25，t=50 h，m/V=5 g/L图 14锶对铀酰吸附的影响27电解质对吸附的影响电解质对 Sr(II)在 Th4(PO4)4P2O7的吸附影响如图15 所示。cSr:10104mol/L，T=25，t=50 h，m/V=5 g/L图 15电解质对 Sr(II)在 Th4(PO4)4P2O7的吸附影响从图 15 中可以看出硝酸钾、柠檬酸钠溶液中磷酸焦磷酸钍对锶的吸附是一样的，磷酸二氢钾溶液中磷酸焦磷酸钍对锶的吸附是四中溶液中最大的，而硫酸钾溶液中是最小的。可以看出电解质种类不同，对锶在磷酸焦磷酸钍吸附的影响是不同的。3实验结论(1)pH 值对锶在磷酸焦磷酸钍吸附影响很大，随着 pH 值增大，锶在磷酸焦磷酸钍吸附增大;(2)电解质种类对锶在磷酸焦磷酸钍上吸附影响不大;(3)硫酸钾和磷酸二氢钾的浓度对锶在磷酸焦磷酸钍的吸附影响不大，柠檬酸根浓度对锶在磷酸焦磷酸钍上吸附影响较大;(4)铀酰离子存在时，降低了锶在磷酸焦磷酸钍上的吸附;同时锶降低了铀酰离子在磷酸焦磷酸钍上的吸附。参考文献 1SONG Y J，ZHANG H，LI F L，et alThe sorption of uranylions on silicatitania mixedhydroxide gelsJ Journal ofadioanalytical and Nuclear Chemistry，1995，190(1):155166 2 李伟娟Am()、Th()、Np()在铝硅铁氧化物及土壤上的吸着 D 兰州:兰州大学，2002 3 张红霞腐殖物质和氧化硅的酸性以及钴在泥炭和双氧铀在氧化硅上的吸附 D 兰州:兰州大学，2001 4 王东林，钱丽娟，张茂林，等Eu()和 Am()在 Th4(PO4)4P2O7上的吸附行为J 核化学与放射化学，2008，32(3):156161(本文文献格式:彭泽锶在磷酸焦磷酸钍上的吸附研究J 山东化工，2023，52(3):6165)(上接第 60 页)13 李秀岩，李英鹏，王艳宏，等5FU 有机金属框架纳米粒的体外细胞摄取及影响因素的研究 J 华西药学杂志，2017，32(2):179181 14 蔡梦如，姚宇，尹东阁，等金属有机骨架材料在中药研究的应用进展 J 中草药，2021，52(16):50285038 15 CHEN X，GUO T，ZHANG K，et alSimultaneous improvement to solubility and bioavailability of active naturalcompound isosteviol using cyclodextrin metal organicframeworks J Acta Pharmaceutica Sinica B，2021，11(9):29142923 16 YINGUI W，ZHENG L，GUOYAN L，et alesearch progress of active ingredients of Scutellaria baicalensis in thetreatment of type 2 diabetes and its complicationsJ Biomedicine Pharmacotherapy，2022，148:112690(本文文献格式:姚艳胜，黎静，张雨萌，等金属有机框架改善格列美脲降糖的临床疗效研究 J 山东化工，2023，52(3):5860)56彭泽:锶在磷酸焦磷酸钍上的吸附研究