柱色谱法锌同位素分离及锌在土壤中的迁移行为研究

论文摘要

锌及其同位素广泛应用于农业、化工、生物医药等领域,其中在核工业领域中对乏64Zn锌同位素的需求更是日趋明显。在核电站冷却水循环体系中,添加适量的乏64Zn锌同位素能有效降低60Co的放射性。为满足工业上对乏64Zn锌同位素日益增长的需要,实现锌同位素规模化分离,本文利用化学法对锌同位素的分离方法及影响因素进行研究,主要内容如下：实验采用柱色谱锌同位素分离法,选用了冠醚树脂和大孔型螯合阳离子交换树脂作为载体,研究了锌同位素的分离效果。在改变冠醚树脂性状、溶剂及浓度、色谱操作迁移距离等重要影响因素条件下,通过分析能表征色谱分离实验效果的两个特征因子来衡量实验结果,即分离系数（ε）与平衡理论塔板高度（HETP）。实验结果表明苯-15-冠-5树脂与锌离子的匹配度最高；分离必须在无水有机溶剂环境中才能进行,无水丙酮被选作较合适溶剂；5m的迁移距离较优。298±1 K,迁移距离5 m,无水丙酮为溶剂,苯-15-冠-5树脂柱色谱法锌同位素分离实验的分离系数为：同位素离子对68Zn/64Zn为8.07×10-4、同位素离子对66Zn/64Zn为5.17×10-4,HETP为0.21 cm。在四种配体条件下研究了淋洗剂、淋洗液流速及色谱柱横截面面积对锌同位素的分离效果。结果表明螫合交换树脂对锌离子的吸附量高于冠醚树脂；EDTA配体具有较大的分离系数；淋洗液流速及柱横截面面积对分离系数均无明显影响,而对HETP有一定程度的影响。298±1 K,迁移距离5m, EDTA作淋洗剂条件下,螯合交换树脂柱色谱法锌同位素的分离系数为：同位素离子对68Zn/64Zn为7.17×10-4、同位素离子对66Zn/64Zn为3.11×10-4,HETP为0.15 cm。随着锌及其同位素在工农业中的广泛使用,锌对环境的污染存在着潜在的危害。本论文研究了模拟降雨量条件下锌在土壤层中的吸附和迁移情况。在改变降雨量、pH、淋洗剂等条件下研究锌在土壤中的迁移,结果表明柠檬酸配体溶液作淋洗剂时在较低和较高pH范围内都能明显降低锌在土壤层中的分布,可作为防止锌对土壤污染的有效淋洗剂。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 缩略词
• 第一章 文献综述
• 1.1 锌同位素简介
• 1.1.1 锌同位素概述
• 1.1.2 锌同位素应用
• 1.2 锌同位素分离原理及方法
• 1.2.1 化学交换法
• 1.2.2 离子交换分离法
• 1.2.2.1 批处理交换法
• 1.2.2.2 柱分离方法
• 1.2.3 化学分离法参数分析
• 1.2.3.1 前端最大富集值（β）
• 1.2.3.2 单级分离因子（α）和分离系数（ε）
• 1.2.3.3 平衡理论塔板高度（HETP）
• 1.3 本论文立题依据和主要研究内容
• 第二章 柱色谱冠醚树脂法锌同位素分离研究
• 2.1 冠醚性状对锌同位素分离的影响
• 2.1.1 实验材料与装置
• 2.1.2 冠醚树脂的合成
• 2.1.3 锌在冠醚树脂上的吸附性能
• 2.1.4 柱色谱冠醚树脂法锌同位素分离
• 2.1.5 实验结果与讨论
• 2.1.5.1 锌在冠醚树脂相上的吸附
• 2.1.5.2 前端最大富集值（β）
• 2.1.5.3 冠醚树脂孔径对锌同位素分离的影响
• 2.1.6 本节结论
• 2.2 溶剂及离子浓度对苯-15-冠-5树脂锌离子吸附能力的影响
• 2.2.1 材料与装置
• 2.2.2 锌在不同溶剂中的吸附
• 2.2.3 锌离子浓度对吸附及同位素分离的影响
• 2.2.4 结果与讨论
• 2.2.4.1 锌在不同溶剂中的吸附
• 2.2.4.2 HCl浓度对锌离子吸附能力的影响
• 2.2.4.3 锌离子浓度对同位素分离的影响
• 2.2.5 本节结论
• 2.3 迁移距离对锌同位素分离的影响
• 2.3.1 实验材料与装置
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.3.2.1 前端最大富集值（β）和分离系数（ε）
• s）和HETP'>2.3.2.2 斜率系数（k_s）和HETP
• 2.3.3 本节结论
• 第三章 螯合交换树脂法锌同位素分离研究
• 3.1 实验材料
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 锌在树脂相上的静态吸附实验
• 3.2.2 锌在螯合树脂上的同位素分离实验
• 3.2.3 锌在螯合树脂上同位素分离的影响因素
• 3.2.3.1 淋洗液流速对锌同位素分离的影响
• 3.2.3.2 柱横截面对锌同位素分离的影响
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 锌在树脂相上的静态吸附
• 3.3.2 锌在螯合树脂上的同位素分离
• 3.3.3 锌在螯合树脂上同位素分离的影响因素
• 3.3.3.1 淋洗液流速对锌同位素分离的影响
• 3.3.3.2 柱横截面对锌同位素分离的影响
• 3.4 本章结论
• 第四章 锌在土壤中的迁移研究
• 4.1 锌在土样上静态吸附研究
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 实验方法
• 4.1.2.1 锌在土壤中的静态平衡吸附
• 4.1.2.2 不同配体、不同pH淋洗液对锌在土壤中吸附的影响
• 4.1.2.3 各预处理对锌在土壤上吸附性能的影响
• 4.1.3 结果与讨论
• 4.1.3.1 锌在土壤中静态吸附速率较缓
• 4.1.3.2 配体种类、pH值大小对土壤中锌吸附能力影响较大
• 4.1.3.3 不同预处理对锌吸附能力的影响
• 4.1.4 本节小结
• 4.2 锌在土样上垂直分布研究
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.2.1 不同模拟降雨量条件下锌在土壤层中的迁移分布
• 4.2.2.2 不同锌添加量条件下锌在土壤中的垂直分布研究
• 4.2.2.3 不同络合剂存在下锌在土柱中的垂直分布
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.2.3.1 锌在土壤中动态吸附研究
• 4.2.3.2 存在锌离子最大吸附量
• 4.2.3.3 不同络合剂存在下锌在土柱中的垂直分布
• 4.2.4 本节结论
• 参考文献
• 个人简历