活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　釷在地殼中以微量分布廣泛存在，主要存在于幾種礦物中，如獨居石砂，釷石，釷礦和硫雜石。在上個世紀，釷被用于各種應用。由于能源需求量大，它最近作為潛在的資源得到了更多的關注。吸附是一種低成本的吸收替代方案，簡單而有效。顯然，在金屬回收中使用吸附劑優于液-液萃取技術的優點。本期測試用三苯基氧化膦改性的活性炭對釷的吸附，并研究了影響吸附過程的不同因素。

　　雖然已經開發了各種方法用于分離和利用釷。但是我們選擇使用活性炭材料來進行吸附，因為它們具有高吸附能力以及提高的熱穩定性和輻射穩定性。由于有利的孔徑分布，活性炭具有高度的表面反應性，這使得它們的表面易于獲得并提高其吸附速率而不犧牲其機械強度。由于這些優點，活性炭材料已經在許多工業分離和凈化應用中找到了應用，例如從供水中去除不同的污染物。該研究的關注點是引入用三苯基氧化膦改性的活性炭作為釷離子的有效吸附劑。

　　合成的改性活性炭的表征

　　圖1所示了交流的掃描電子顯微鏡和紅外光譜儀表改性三苯基氧化膦之前和釷的吸附在被示出后。結果表明，在改性活性炭表面上吸附釷后存在釷。

　　圖1：在(a)和(b)吸附釷之前，用三苯基氧化膦改性的活性炭的電子顯微鏡和紅外光譜儀表。

　　酸堿度的影響

　　質子可用性對于幾乎所有吸附劑的金屬吸附都很重要。酸堿度直接影響釷的水化學性質和吸附劑活性位點的性質。實驗得到的結果表明，釷吸附效率隨著酸堿度從1增加到3.6而增加，在酸堿度3.6時達到最大值89%，隨著酸堿度的增加，吸附效率降低到7。這是由于帶有帶正電荷的釷離子物質的質子化活性位點的靜電排斥。

　　圖2：用三苯基氧化膦改性活性炭對酸堿度對釷吸附效率的影響。

　　改良活性炭劑量的影響

　　圖3所示了在最佳條件下將不同量的0.1至1g的改性活性炭與100mL釷溶液混合。釷的吸附效率從0.1%增加到55%，達到89%，0.5克。此外，通過增加吸附劑劑量來降低吸附效率。在低吸附劑量下，所有活性位點都可用于釷吸附。在另一方面，在較高的吸附量，釷離子的擁擠會導致難以以填充由于釷離子。

　　圖3：改良活性炭劑量對釷離子吸附效率的影響。

　　吸附平衡研究

　　吸附等溫線可以清楚地表征釷與改性活性炭吸附劑的相互作用途徑。平衡研究通常用于吸附過程的設計和理解吸附機理。釷離子可以通過幾種機制吸附在固體載體的表面上。根據蘭茂爾吸附等溫式的假設，釷的吸收作用在單層均勻的表面上，并且所有金屬結合位點在能量上相同。

　　圖4：用三苯基氧化膦改性的活性炭對釷吸附的蘭茂爾吸附等溫式。

　　吸附動力學研究

　　圖5圖6所示了使用兩個動力學模型包括偽一階和偽二階擴散模型來分析吸附過程的動力學。研究了在400mg/L濃度，酸堿度3.6和室溫下200rpm的攪拌速度下的釷吸附動力學。動力學研究有助于預測吸附速率，并為設計和建模提取過程提供重要信息。

　　圖5：用三苯基氧化膦改性活性炭的釷離子偽一級和偽二級吸附模型。

　　用三苯基氧化膦改性的活性炭在最佳條件下用于釷吸附，在25℃下40分鐘。改性活性炭的最大吸收容量為71.94mg/g，獲得的數據遵循偽二階動力學模型。Langmuir吸附等溫線模型被發現是解釋吸附過程的最合適的模型。最后，對所研究的地質樣品浸出液中的釷吸附和沉淀進行了優化，并通過化學方法測量并通過SEM和EDX分析表征。

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