苯基磷酸功能基树脂的吸铀性能评价
1.1 铀溶液的pH值对苯基磷酸功能基树脂吸铀性能的影响
称取100mg苯基磷酸功能基树脂6份，分置于铀的质量浓度为500mg/L的水溶液中进行静态吸附，用稀硫酸、碳酸氢钠、碳酸钠调节溶液体系的pH值为5-10，经72h的吸附后，分别测定吸附后溶液的铀浓度，计算出树脂的吸附容量，结果如图5-1所示。
图5-1 苯基磷酸功能基树脂在不同pH值的铀溶液中对铀的吸附情况
由图5-1可知，当铀溶液的pH值大于6时，树脂对铀的吸附容量逐渐降低，这是因为当pH值逐渐增高时，溶液中铀的存在形式逐渐发生变化。当铀溶液pH值在5-6范围内变化时，溶液中的铀主要以碳酸铀酰形式存在，苯基磷酸功能基中的羟基与P=O基团可以很容易地破坏铀酰离子与碳酸根离子的相互作用，从而对铀酰离子（UO22+）形成螯合吸附作用。当pH逐渐升高到7时，溶液中的碳酸铀酰络离子逐渐转变为二碳酸铀酰络离子，该离子的稳定性较强，导致吸附容量下降。当pH值继续升高时，二碳酸铀酰络离子继续转变为三碳酸铀酰络离子，该离子的稳定性会更强，最终结果是树脂对铀的吸附容量继续下降。
1.2苯基磷酸功能基树脂的吸附等温线
取11个200 mL三角瓶，分别加入100mL铀质量浓度分别为5、10、15、30、50、80、150、200、300、400、500mg/L的水溶液，用碳酸氢钠与硫酸将所有溶液的pH控制在8.0，再向三角瓶内加入100mg苯基磷酸功能基树脂。将三角瓶放入摇床中振荡72 h，测定吸附前后溶液中铀浓度，计算吸附容量。树脂的吸附容量是温度与金属离子浓度的函数，在温度不变（室温25℃）的情况下，可获得平衡铀浓度与树脂吸附容量之间的关系，见图5-2。
图5-2 苯基磷酸功能基树脂的吸附等温线
图5-2中，苯基磷酸功能基树脂的吸附等温线大致分三个变化阶段，当溶液初始铀浓度在0-200mg/L变化时，树脂的吸附容量显著升高，当溶液初始铀浓度大于200mg/L时树脂的吸附容量增长缓慢，当溶液初始铀浓度大于400mg/L时树脂的吸附容量基本不变，此时树脂的吸附容量基本恒定在150mgU/g干树脂左右。
1.3 苯基磷酸功能基树脂的吸附动力学
苯基磷酸功能基树脂的交换吸附为非稳态过程，传质速率受内扩散和外扩散的控制，并受溶液性质、树脂比表面积、离子性质等因素的影响，可通过吸附动力学曲线进行描述。取12个200 mL三角瓶，分别加入100mL铀质量浓度为500mg/L的水溶液，用碳酸氢钠与硫酸将所有溶液的pH控制在8.0，再向每个三角瓶中加入100mg苯基磷酸功能基树脂。将三角瓶放入摇床中振荡，每个瓶子在不同的时间点进行取样，取样对应的时间点为吸附开始后的30、60、90、120、150、180、210、240、270、300、330、360min，对样品进行铀浓度测定并计算吸附容量，绘制出吸附动力学曲线见图5-3。
图5-3 苯基磷酸功能基树脂的吸附动力学曲线
由图5-3可知，吸附时间在180min之前，树脂的吸附速率较快，180-270min时，吸附速率变慢，270min以后基本达饱和。这是因为被吸附的铀酰离子首先占据树脂表面的吸附位点，此时传质阻力较小，吸附速率很快；之后当树脂表面吸附位点减少，传质阻力逐渐增加，吸附速率逐渐降低；当树脂表面均被铀酰离子占据时，吸附趋于平衡。
1.4 苯基磷酸功能基树脂对低浓度铀溶液的吸附
配制不同低质量浓度的铀溶液，调节pH为8.0。分别取100 mL加入到盛有100 mg苯基磷酸功能基树脂的锥形瓶中，振荡吸附72 h测定吸附前后溶液中铀的质量浓度，并计算树脂的吸附容量及铀的去除率。测定结果见表5-1。从表中数据可以看出，树脂对铀的吸附效果较好，对0.5 mg/L的低浓度铀溶液中铀的去除率大于99.0%。
表5-1 苯基磷酸功能基树脂对低浓度铀溶液的吸附结果
ρ(U)/（mg·L-1） 初始 0.102 0.519 1.005
铀去除率/%
97.1 99.2 99.8
吸附后 0.003 0.004 0.002
2.013 0.003 99.9
1.5 苯基磷酸功能基树脂的解吸
将吸附铀的苯基磷酸功能基树脂过滤、水洗，进行解吸实验。取1.0g吸附饱和的苯基磷酸功能基树脂（吸铀量为150.0mgU/g干树脂）放入三角瓶中，加入100mL的HCl溶液（浓度为1.5mol/L），振荡24 h后，取出全部解吸液（记为1#），同时再加入100 mL相同浓度的HCl溶液，再振荡24 h，取出全部解吸液（记为2#）。重复三次后，再分别取出全部解吸液（分别记为3#、4#、5#），测定五组解吸液中的铀浓度，具体数据见表5-2，计算解吸率约为98.8%。
表5-2 苯基磷酸功能基树脂的解吸结果
解吸液铀浓度ρ(U)/
（g·L-1） 1.380 0.093 0.010 0.002 0.002
编号 1# 2# 3# 4# 5#
解吸液体积（mL）
100 100 100 100 100
1.6 苯基磷酸功能基树脂在模拟咸水湖水体中对铀的吸附情况
在150L的容器内加入120L模拟咸水湖水样。其中，水样完全按照西藏达则错咸水湖水样分析数据进行配制（U 0.34mg/L，K+ 0.55g/L，Na+ 7.98g/L，Mg2+ 0.13g/L，Ca2+ 3.40mg/L，Cl- 1.26g/L，SO42- 6.28g/L，CO32- 1.03g/L）。再取一份干重量为1.0g的苯基磷酸功能基树脂用聚乙烯网袋密封后加入到桶中，搅拌30天，期间每隔3天测试一次水样的铀浓度，如果铀浓度下降可以补加少量的高浓度铀溶液以保证水样中的铀浓度大致恒定在0.34mg/L。30天后取出树脂，用去离子水洗几次，干燥。将树脂放入马弗炉内550℃焙烧5h，再用浓硫酸对灰分进行浸出，通过测定浸出液的铀浓度计算树脂在咸水湖水体中对铀的吸附容量为1.1mgU/g干树脂。实验结果说明苯基磷酸功能基树脂在含有杂离子的溶液中对铀具有一定的选择性吸附能力。
苯基磷酸功能基树脂的吸铀性能评价
