埃洛石对铀、钍的吸附行为的研究简介
本实验采用静态法研究U(Ⅵ)和Th（Ⅳ）在200目粒径埃洛石上的吸附行为，研究了浓度、温度、吸附时间、pH、离子强度对埃洛石吸附U(Ⅵ)和Th（Ⅳ）的影响。实验结果表明U（Ⅵ）和Th（Ⅳ）在埃洛石上的吸附很快就可以达到平衡，大致在10到13个小时达到平衡。pH对埃洛石吸附有很大影响，在NaNO3浓度为0.1mol/L，铀溶液浓度为1×10-4mol/L量级时，pH从3-6，U(Ⅵ)的吸附率很快从5%升至95%以上；同样钍溶液浓度为1×10-4mol/L级时，pH从1-4，Th（Ⅳ）的吸附率很快从5%升至90%以上；在pH=3.5下，吸附体系NaNO3浓度中对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）有较大影响，尤其是对Th（Ⅳ）的吸附有很大的影响，对U(Ⅵ)的吸附效果的影响要明显小于Th（Ⅳ），在吸附体系中NaNO3浓度越低的时候吸附效果越好，反之效果越差。温度对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）有明显的影响，随着温度升高吸附效果也越好，说明埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）是一个吸热反应。对U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）在埃洛石上的吸附进行模型处理发现U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）在埃洛石上的吸附均符合Freundlich模型。在不同NaNO3浓度和不同pH下进行吸附和解吸，发现U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）几乎不能解吸下来。 关键词：U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）； 埃洛石；吸附 ；静态法；
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1.1研究背景
近年来，经济发展速度日益加快，对能源的需求量越来越大，同时各地雾霾现象频繁出现，目前正大量使用的化石燃料明显不能满足人类对能源急剧增长的需求，并且化石燃料对我们的生存环境有很大的危害，为了提供足够多的能源和保护我们的生存环境，核能是人类必然的选择。同时十八大会议的召开对我过的核能事业来说具有非常积极的推动作用，我国的核电事业将迎来一个新的发展高峰。但是在光明的发展前景下，同时也面临着诸多的技术和社会问题，随着核能和平利用的不断发展，放射性核废料能否妥善的处理和处置成为了核能能否继续发展的关键问题。
放射性废物处理的关键在于如何将放射性废料中的可利用核素的提取和重新利用。无法重新利用的放射性废料要妥善的处置使其平稳的衰变，减少其对环境和生物的影响。在当前的世界上，对于核废料的处理方式主要为深层地质掩埋处理，以此减少放射性物质对环境和生物的影响。而深层地质掩埋这种处理方式的主要依赖的是利用废料包装容器、回填材料和地质层中的天然物质对放射性核素进行阻滞，防止其迁移进入到人和生物生存的环境中。其中废料包装容器和回填材料是人工的屏障，地质层中的土壤和岩石是一层天然的屏障。
埃洛石是一种天然粘土质硅酸盐矿物，在我国的分布广泛，来源丰富，质地优良，比面积大，热稳定性好，孔面积较大，具有纳米中空管状结构，管长在0.5-3μm之间，管径在10-30nm之间，其化学组成与高岭石相同，但比高岭石含有更高的水分，离子交换能力强而且对放射性核素有较高的亲和性。所以埃洛石很可能成为天然屏障中的一道非常重要的屏障。
埃洛石纳米管是一种双层状铝硅酸盐粘土类矿物材料，其结构和化学组成与高岭石、地开石、珍珠石非常相似。埃洛石虽然有球形及片状的报道，但该矿物最普遍的形貌是管状结构。早在1826年Berthier首次对HNTs进行报道，这种由无机晶体发生弯曲形成纳米管首次由Pauling于1930年预测而其结构在19世纪50年代由科学家大量报道,埃洛石由铝氧八面体和硅氧四面体在化学计量比为1:1而组成,且铝氧八面体分布在管内壁，硅氧四面体分布在管外壁。由于铝氧八面体层与硅氧四面体层之间的空间不相匹配位错促使片状晶体卷曲成管状。埃洛石纳米管是形态完整的中空管状结构，不封端、无卷曲破裂或套管现象，为天然多孔纳米晶体材料，因土层的不同管长的大致范围500~1000nm，管内径
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15~100nm，管内壁为20~80nm。HNTs与高岭石相比表面羟基密度较小，Al:Si为1:1，管内侧分布大量Al-OH基团，管边缘主要为Al-OH和Si-OH基团，通过佛立叶变换红外光谱证明HNTs外表面基团主要以O-Si-O存在。HNTs与高岭土有相似的化学组成，化学式可以表示为Al2Si2O5(OH)4·nH2O,n等于0和2，分别代表脱水HNTs和水化HNTs。埃洛石纳米管在世界储量丰富，主要分布在中国、法国、新西兰、美国和巴西等国。埃洛石纳米管(HNTs)属于亚纳米材料，具有优异的物理与化学性能：比如，耐高温，耐酸碱，由于具有中空结构使其具有较大的比表面积。Guimaraes 等采用电荷自洽的紧束缚密度泛函方法（SCC-DFTB）方法系统地计算了单壁 HNTs 的稳定性、电学和机械性能。主要计算了 HNTs 的应变能较碳纳米管大，管内壁带正电荷，管外壁带微弱的负电荷电，等电点大约在 pH=3 附近，虽然HNTs没有CNTs坚硬，但与丝状铝英石、Gas和温石棉纳米管的杨氏模量在一个数量级，进而说明 HNTs 是一种很好的力学材料。通过佛立叶红外光谱仪检测可知，HNTs 表面具有大量的硅羟基基团，导致了其在化学领域有很强的应用潜力，它新颖的物理与化学性质使其广泛的应用于环保、电子、催化、生物系统以及功能材料等领域。目前常用处理污水的吸附剂种类很多，如活性炭、二氧化硅、碳纳米管、天然高分子材料和树脂等已经在处理污水中被广泛的应用。然而他们的运营成本很高，这样导致它们必须进行多次回收利用，否则导致资源浪费。因此，寻找成本低具有类似吸附效果的吸附剂来代替昂贵的吸附剂是非常有必要的。埃洛石纳米管是廉价的硅铝酸盐矿物材料，在我国河南、四川和山西等地储量丰富，更重要的是其独特的管状结构与碳纳米管非常相似相似，因此HNTs有潜力成为碳纳米管的替代品。Zhao等人利用埃洛石纳米管(HNTs)作为吸附剂从水溶液去除亚甲基蓝，最大吸附容量高达84.32 mg/g。Kilislioglu等人利用埃洛石纳米管吸附水溶液中的铀，并且对其吸附的机理和动力学做了研究，结果表明该吸附过程属于吸热反应。
1.2研究现状
在现阶段对于埃洛石的研究中，主要集中在埃洛石对于金属离子的吸附上面，很少有关于埃洛石对于U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）的吸附所做系统的研究，所以本次实验采用了静态法系统的研究了埃洛石对U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）吸附的影响，并将两者做了对比，以期从中发现埃洛石对U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）吸附性能的差异。本实验研究了改变吸附时间、浓度、pH、温度、离子强度对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）的影响，发现pH和离子强度对于埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）有很明显的影响。
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1.在pH为3.5的时候，埃洛石吸附U（VI）、Th(IV)的平衡时间都很短，只需要3-5个小时，说明埃洛石对U（VI）、Th(IV)的吸附作用的主要是化学吸附。
2.pH对埃洛石吸附U（VI）、Th(IV)的影响都非常大，在吸附体系的NaNO3浓度为0.1mol/L，铀溶液起始浓度为1x10-4量级时，pH从3-6，U(Ⅵ)的吸附率很快从5%升至95%以上，之后稳定在95%左右；同样在吸附体系NaNO3浓度为0.1mol/L，钍溶液起始浓度为1x10-4量级时，pH从1-4，Th（Ⅳ）的吸附率很快从5%升至90%以上，之后也稳定在90%左右。
3. 温度对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）都有明显的影响，随着温度升高吸附效果也越好，说明埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）是一个吸热反应。在温度对埃洛石吸附U(Ⅵ)的影响的试验中出现25℃时的吸附效果比35℃时的吸附效果略好的现象，经过反复的验证实验，这两个温度下的吸附效果都非常接近，可能的原因是由于温度差别比较小难以区分开来。另外，对U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）在埃洛石上的吸附进行模型处理发现U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）在埃洛石上的吸附都更加符合Freundlich模型。
4.离子强度对埃洛石吸附U(Ⅵ)、Th（Ⅳ）有很大的影响，本文中研究的是pH为3.5时体系中NaNO3浓度对吸附作用的影响，由于在该pH下埃洛石对U（VI）的吸附效果不是很好，所以离子强度对埃洛石吸附U（VI）的影响也不是很明显，但是通过后面的不同NaNO3浓度下pH对埃洛石吸附U（VI）的实验的对比可以知道离子强度对埃洛石吸附U（VI）也具有很大的影响。在pH为3.5左右时，当NaNO3浓度从0.01mol/L增大到1.0mol/L的过程中，U（VI）吸附率从16%左右逐渐下降至8%左右，并且NaNO3浓度从0.01mol/L到0.1mol/L变化中吸附率降的相对较快，从0.1mol/L以后基本不变；对于Th（IV）来说，当NaNO3浓度从0.01mol/L增大到1.0mol/L的过程中，Th（IV）吸附率从85%左右逐渐下降至40%左右，并且NaNO3浓度从0.01mol/L到0.4mol/L变化中吸附率降的相对较快，从0.4mol/L以后基本不变。
5. 在不同NaNO3浓度和不同pH下进行吸附和解吸实验发现，它们几乎不能从埃洛石上面解吸下来。U（VI）、Th（IV）埃洛石解吸前后的吸附量基本是重合的，说明是U（VI）、Th（IV）在埃洛石上面的吸附反应是可逆的。
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