螯合电极的制备及其对海水中铀的吸脱附过程的研究

论文摘要

为了实现海水提铀的高效性、可控可循环性,本实验室制备了含有腈基基团、二茂铁基团及羧基基团的三元共聚物。然后以金属镍片为基体电极,依次以蘸涂的方法自组装上硅烷偶联剂（KH-550）、聚丙烯酸（PAA）及三元共聚物P（DPAAm-co-Fc-co-AA）制备薄膜电极;再用一定浓度的盐酸羟胺溶液进行功能化制备螯合电极。将螯合电极分别放在一定浓度的硝酸铀酰溶液和天然海水中进行吸附铀实验,并用电化学方法进行脱附。以傅立叶红外光谱对聚合物进行了表征;以循环伏安法讨论了电极的电化学行为;以电子扫描显微镜对电极表面进行表面形貌的表征。（1）采用组装方法制备P（DPAAm-co-Fc-co-AA）薄膜电极。以配比为VKH-550:V水:V乙醇=1:1:18配制KH-550溶液,用冰乙酸调节溶液pH=5.5,用电导率测定法确定了KH-550溶液的最佳水解时间为60h。实际实验中,通过电镜观察得到VKH-550:V水:V乙醇的最佳配比为1:1:100,镍片的铬酸腐蚀液V水:V浓硫酸:m重铬酸钾最佳配比为90:10:1。研究得出镍片在KH-550溶液中的最佳组装时间为1.5min,在PAA/DMF溶液中的较好蘸涂组装时间为35min;在P（DPAAm-co-Fc-co-AA）/ DMF溶液中的较好蘸涂组装时间为30min。（2）以螯合电极为工作电极,不锈钢电极为对电极,甘汞电极为参比电极,测定螯合电极在不同的支持电解质中的电化学行为;螯合电极在pH=7的磷酸盐缓冲溶液中表现出较好的电化学活性;在海水中吸附铀后螯合电极的脱附电压为0.72V,在硝酸铀酰溶液中吸附铀后的螯合电极的脱附电压为0.88V。（3）螯合电极对铀的吸附分为静电吸附和螯合吸附,并以螯合吸附为主,研究得到螯合电极吸附等温方程为:Γt=2.96×10-2c0.37。（4）螯合电极对天然海水中铀的吸附过程中,8天后达到吸附平衡,平衡吸附量为8.9mgU·g-1;在5℃-25℃温度范围内,吸附量随着温度的上升呈上升趋势;温度对吸附速率的影响符合Arrhenius公式:k=0.11exp（-37.20/RT）。（5）通过电子扫描显微镜观察,实验室制备的螯合电极吸附铀前后形貌有较大的变化,吸附铀的效果较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 海水提铀
• 1.1.1 海水提铀的发展概况
• 1.1.2 海水提铀的主要方法
• 1.1.3 海水提铀的吸附剂
• 1.1.4 偕胺肟基类吸附剂的发展前景
• 1.1.5 用吸附法提取铀的装置
• 1.1.6 海水提铀的脱附体系
• 1.2 吸脱附铀量的测定方法
• 1.2.1 分光光度法
• 1.2.2 流动注射分析法
• 1.2.3 催化动力学法
• 1.2.4 化学发光分析法
• 1.2.5 荧光光度法
• 1.3 分子自组装膜
• 1.3.1 分子自组装膜技术
• 1.3.2 大分子自组装成膜的方法
• 1.3.3 分子自组装膜的应用
• 1.4 二茂铁衍生物及其应用
• 1.4.1 在分析化学中的应用
• 1.4.2 作为分子电子器件的研究
• 1.5 化学修饰电极
• 1.5.1 蘸涂、滴涂和旋涂法
• 1.5.2 电沉积法
• 1.5.3 电化学聚合法
• 1.6 化学修饰电极的电化学表征
• 1.6.1 循环伏安法
• 1.6.2 计时电流法
• 1.6.3 交流阻抗法
• 1.6.4 计时库仑法
• 1.7 化学修饰电极的显微镜表征方法
• 1.7.1 扫描隧道显微镜
• 1.7.2 扫描电子显微电镜
• 1.7.3 原子力显微镜
• 1.8 本课题研究内容
• 第二章 螯合电极的研制
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 原料处理
• 2.1.3 实验仪器
• 2.1.4 实验步骤
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 KH-550 溶液的最佳水解时间
• 2.2.2 组装时间对KH-550 在镍片表面修饰效果的影响
• 2.2.3 组装时间对PAA 修饰薄膜电极的影响
• 2.2.4 组装时间对P（DPAAm-co-Fc-co-AA）修饰薄膜电极的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 螯合电极对铀的吸脱附过程的研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料及实验仪器
• 3.1.2 实验原料处理
• 3.1.3 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 铀测定方法的确定
• 3.2.2 铀的工作曲线的绘制
• 3.2.3 螯合电极对硝酸铀酰溶液中铀的吸附
• 3.2.4 螯合电极对海水中铀的静态吸附
• 3.3 本章小结
• 第四章 螯合电极的表征
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验仪器
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 红外表征
• 4.2.2 电化学行为的研究
• 4.2.3 场发射扫描电子显微镜（SEM）表征
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢