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《仿生合成sio,2納米干凝膠及其應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文仿生合成SiO<,2>納米干凝膠及其應(yīng)用姓名:張?jiān)G渖暾?qǐng)學(xué)位級(jí)別:博士專業(yè):化學(xué)工程指導(dǎo)教師:王榕樹(shù);林燦生2000.8.1摘要(在動(dòng)力堆的高放廢液中含有大量的鋯,濃度可達(dá)o.olmol/L(19/L)。在用磷酸i丁酯為萃取劑的Purex流程中,鋯很容易與磷酸三丁酯的降解產(chǎn)物絡(luò)合,≥成沉淀,使萃取過(guò)程的傳質(zhì)造成困難,難于進(jìn)行正常的后處理操作。因此在后處理流程有必要除去鋯,以消除對(duì)Purex流程的不良影響。硅膠對(duì)裂片產(chǎn)物中的鉆具有選擇性很高的吸附性能,因此很多科學(xué)家對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。假市售硅膠對(duì)鋯的吸附容量不高,因此嚴(yán)重的影響了
2、硅膠的工業(yè)化的使用。隨著現(xiàn)代科!毒技術(shù)的發(fā)展,利用仿生合成技術(shù)并通過(guò)“分子設(shè)計(jì)”和“化學(xué)剪裁”的手段制備和組裝}{{各種納米材料已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。近年來(lái),采用聚乙二i醇為改11{j剎,幣硅酸乙哺為前驅(qū)體合成出納米siO二干凝膠,但是這種方法存在著所用原料比較昂貴,反戍周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。因此我們通過(guò)加入非離子表面活性劑作為添加劑,以特酸和水玻璃為原料,制備時(shí)通過(guò)控制一次粒子的生長(zhǎng)和堆積,從而研制出商比表面積、高吸附活性的納米級(jí)sjO!干凝膠。并對(duì)酸性溶液和模擬高放廢液I{I的鉆進(jìn)行了吸附應(yīng)用。具體的研究?jī)?nèi)容如下:第一,研究了各種合成條件對(duì)si02納米干凝膠結(jié)構(gòu)
3、的影響。學(xué)察了水玻璃濃度、鹽酸濃度、表面活性劑、老化時(shí)間和煅燒溫度對(duì)si02納米F凝膠E々比表f面積、jL徑和孔徑分布的影響,從而確定出適宜的合成條件。傍察了表面};性劑\對(duì)si02溶膠粒子的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)表面活性劑對(duì)si02溶膠粒子具有包裹的作用,限制了一次溶膠粒子的生長(zhǎng),并進(jìn)一步促使si02溶膠粒予連接,形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。IR譜圖表明,低溫時(shí)易脫除吸附水和締合羥基,高溫時(shí)易脫除單羥基(孤立)和雙羥基。3500cm。處的寬峰是締合羥基的吸收峰,3750cm。1處的尖峰是11山羥基(一OH)吸收峰。隨著溫度的升高,締合羥基的寬吸收峰逐漸降低,說(shuō)坩占容易通
4、過(guò)脫水被除掉。X—ray射線衍射圖表明,si02納米f凝膠具fr典型fq無(wú)定形結(jié)構(gòu)。SEM表明si02r
5、凝膠是t維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。TEM表明si02納米{:凝膠存在著多孔性結(jié)構(gòu)。寸、第二,研究了si02納米千凝膠對(duì)酸性溶液小和模擬高放廢液巾鋯的選擇吸附性能??疾炝巳芤簆H值、湍艘和sjoj納米}:凝膠的粒度對(duì)吸附的影l(fā)I軋結(jié)糶發(fā)現(xiàn)sioj納米干凝膠對(duì)鋯的等溫I吸附符合Langmuir方程。研究了sm納米丁凝膠的再生率和在酸溶液中的穩(wěn)定性,結(jié)果表明siO:納米干凝膠的再生率較高,在酸中的穩(wěn)定性強(qiáng)。用油中成型法對(duì)SiO!納米干凝膠進(jìn)行成型,并進(jìn)行:r動(dòng)態(tài)吸附
6、實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,白潤(rùn)滑油作為成型介質(zhì)最好。在動(dòng)態(tài)吸附中,溶液流速較慢時(shí),柱的穿透的就較較慢:當(dāng)流速較快時(shí),則吸附柱穿透的就快:當(dāng)溶液酸度高時(shí),吸附柱容易被穿透:當(dāng)溫度高時(shí),穿透的慢;當(dāng)sim粒度小時(shí),吸附杠穿、透的就快^J,第三,采用分形兒何的手段對(duì)sio二“疑膠的形成機(jī)理進(jìn)行了分析?!窘Y(jié)果表明,si02的溶膠和凝膠的形成過(guò)程都存在著分形幾何規(guī)律特征。老化時(shí)問(wèn)圭,溶膠的分形維數(shù)就大:表面活性劑的鏈越長(zhǎng)溶膠的分形維數(shù)就越小。膠凝時(shí)問(wèn)K,si02F凝膠表面分形維數(shù)小。煅燒溫度商,si021:凝膠表面分形維數(shù)小^第四,通過(guò)鋯在水溶液中的存在特性和si02{
7、一凝膠表面特性的分析,研究了si02于凝膠對(duì)鋯的吸附機(jī)理。臨果表明,鋯在水溶液中很容易水解,7k解的彤式很多,水解形式隨pH值不同而發(fā)生變化;si02納米干凝膠表面羥基{≠在=i種形式,即孤立的(單的)、雙生的和締合的;si02干凝膠的單位羥基數(shù)和比表面積較高,提供了較多的吸附活性位;si02干凝膠對(duì)鋯的吸附是以f乜荷為零或低價(jià)的的水解形式吸附的,即zr(oH)4和z(D刖;的形式。在模擬高放廢液“一,鉆很容易水解,而其它的元素離子在酸性條件下,均以離子形式存在,因此{(lán)a難在si02于凝膠的表面上吸附。另外,由于鋯容易水解,它很容易與si02千凝膠的
8、、表面的羥基發(fā)生絡(luò)合作用,最終以zr(oH)4或z,(o啊);的形式吸附在它的表面ij。寸/本文的創(chuàng)新之處是:1.運(yùn)用仿生合成的方法,通過(guò)加入非離f表面活性劑作為添加劑和I^鹽酸及水玻璃為原料,合成?si02納米于凝膠。2.采用分形兒何的手段對(duì)si02納米干凝膠形成過(guò)程的影響因素進(jìn)行了分析和討論。3.系統(tǒng)研究了si02納米于凝膠對(duì)鋯的吸附機(jī)理,并用表面絡(luò)合模,理進(jìn)行了描述。關(guān)鍵詞:si02r凝膠y仿乍合成,納米材}∥表面活性劑‰形兒t,『’成J弘鉆模擬高放廢液,吸附,選擇吸附,除鋯,Purex流程.√AbstractInhiglllevelradio
9、activeIiqu-dwaste(HLLW)theconcentrationofZirconiumIeac