三种酸处理下浮萍对铀吸附作用的研究

张如金 王 帅 胡永林 刘 龙 罗艳玲 黄德超 朱业安 黄德娟*

(1.东华理工大学化学生物与材料学院，江西 抚州 344000；2.东华理工大学核资源与环境重点实验室，江西 南昌 330013；3.东华理工大学核技术应用教育部工程研究中心，江西 南昌 330013)

1 研究背景

1.1 放射废水的危害

铀是核能的主要来源，但同时也是最具毒性的重金属之一。放射性废水按所含的放射性浓度可分为两类，一类为高水平放射性废液，一类为低水平放射性废水。前者主要是核燃料后处理第一循环产生的废液，而后者则产生于核燃料前处理(包括铀矿开采、水冶、精炼、核燃料制造等过程中产生的含铀、镭等的废水)、核燃料后处理的其他工序，以及原子能发电站，应用放射性同位素的研究机构、医院、工厂等排出的废水。

1.2 放射废水的处理

化学沉淀、离子交换、膜过滤、反渗透和吸附都是一些控制水污染的方法。吸附是最普遍和使用最广的方法[1]。植物吸附放射性废水用于治理水体污染属于植物修复技术范畴。

植物修复技术是一种以植物忍耐、分解或超量积累某些化学元素的生理功能为基础，利用植物及其共存微生物体系来吸附、降解、挥发和富集环境中污染物的环境污染治理技术[2，3]。植物修复过程包括低能耗的优点，低成本、处理低水平污染物的高效性、金属可恢复的，灵活处理性[4]。放射性污染水体的植物修复技术，具有投资维护成本低(仅为传统物理和化学方法的30%～50%)、操作简便、不造成二次污染、处理效果好(去除率可达99%以上)、对环境扰动小等优点，并且在处理设备和规模上基本没有限制，这些特点决定了植物修复技术适合大面积水污染的修复治理，从而在水体污染的修复中受到了广泛关注。

用浮萍来处理含铀等放射性物质的废水，可以清除铀污染，消除该种废水带来的巨大的安全隐患，实现铀资源化的植物修复，同时可以将富集铀的生物量燃烧发电，或者将收获的高富集量的浮萍进一步再提炼回收铀而得到利用。近年来，我国在该领域也开展了实验室规模的基础性研究工作，如环境和营养条件对浮萍生长的影响[5-9]。不仅环保和简单易行，而且还可以防止铀的流失，节省资源，提高资源能源利用率，实现铀工业的可持续发展，发挥出巨大的经济效益、环境效益和社会效益，从而造福人类。

2 研究方法和过程

2.1 实验试剂

表 实验试剂

2.2 实验仪器

表 实验仪器

2.3 实验方法

采用的是紫外-可见分光光度法来测定培养液中的铀含量，利用U4+和UO22+与偶氮胂Ⅲ能形成有色络合物该络合产物对波长为650的光有最大吸收峰值，其吸光程度与铀含量在一定浓度范围内成正比关系，即符合比尔定律来进行铀的测定。

2.4 实验过程

2.4.1 浮萍的预处理

将采回来的浮萍用自来水冲洗干净，直至不再有浑浊水流出。然后用蒸馏水漂养，每天换一次水，漂养三天，再用。

2.4.2 营养液

本课题采用的水培液由改进的Hoagland's营养液加尾矿液和铀标溶液配制而成。配制营养液时首先需要配制母液，然后将配制好的母液分别置于各个容量瓶中。将植物生长所必需的营养素配制成6种母液。配制好的母液使用时再进行稀释。以配制500ml营养液为例，配制时先在容器中加入100ml-250ml的水，然后为防止营养元素的沉淀，需加入几滴浓盐酸。再按表2-4中的加入量逐个加入各种母液，加水定容到500ml。最后用浓盐酸调节pH至6.0左右[10-11]。

第一，KCl主要是为植物生长提供氯离子，由于在配制过程中滴加了浓盐酸，最后还要使用浓盐酸调节pH值，所以可以不用加入；

第二，铁元素需要单独配制为1种母液，可以用NaFeDTPA直接配制。NaFeDTPA 是螯合好的铁盐，但是价格较高，不宜大规模使用。因此，可使用FeSO4·7H2O和Na2EDTA两种试剂来代替，配制时，分别称取5.57g FeSO4和7.45g Na2EDTA(即乙二胺四乙酸二钠盐)，然后将Na2EDTA溶解于约200ml的蒸馏水中，再将FeSO4倒入其中，用玻璃棒不断进行搅拌，使 Fe2 +螯合，再定容到1L。螯合好的Fe2+可以长时间地存放，而不会被氧化。

第三，在用母液配制营养液时，由于一些试剂浓度过高时会发生反应而产生沉淀，如Ca(NO3)2和NH4H2PO4反应会产生CaHPO4沉淀，因此为防止营养元素浓度过高而发生反应产生沉淀，要注意配制时首先应在烧杯中加入足够多的水，然后再依次加入各种母液。

第四，每加完1种母液之后，为了避免污染其他母液，需要使用蒸馏水将量筒或移液管冲洗干净后再量取其他母液或者使用多组量筒和移液管。

第五，母液配制过程中，NH4H2PO4可以使用KH2PO4代替；MnSO4·H2O可以使用MnCl2·4H2O代替；ZnSO4·7H2O可以使用ZnCl2代替；H2MoO4可以使用Na2MoO4代替。

2.4.3 铀标曲线的建立

取6个25mL比色管，分别加入1ml 0、10、20、30、40、50μg铀的标准溶液，加入2mL氯乙酸-乙酸钠缓冲溶液，摇匀，2mL偶氮胂III，再摇匀加蒸馏水定容至25ml，摇匀。静置5min后，于分光光度计上，在波长650nm处，用1cm比色皿，以空白试剂为参比，测其吸光度并绘制标准曲线。

3 实验结果和讨论

3.1 铀空白中浮萍吸附铀浓度随时间的变化规律

如图1所示，浮萍吸附在第六天基本达到饱和，随后浓度没有多大变化。

图1 铀空白中浮萍吸附铀浓度随时间的变化规律

3.2 苹果酸处理浮萍吸附铀浓度随时间的变化规律

图2所示，苹果酸处理下的浮萍从第六天到第十二天的吸附铀浓度并没有明显变化，第十二天以后浓度出现明显下降。其中，0.2×10^-5mol/ml的苹果酸对浮萍的吸附效果最好。

图2 苹果酸处理浮萍吸附铀浓度随时间的变化规律

3.3 甲酸处理浮萍吸附铀浓度随时间的变化规律

图3所示，甲酸处理下的浮萍在第六天吸附铀接近饱和，其中0.4×10^-5mol/ml甲酸对浮萍吸附铀效果最好。

图3 甲酸处理浮萍吸附铀浓度随时间的变化规律

3.4 柠檬酸处理浮萍吸附铀浓度随时间的变化规律

图4可以看出，0.1×10^-5mol/ml柠檬酸对浮萍吸附铀的效果最好。五种浓度在第六天都接近吸附饱和，但随着时间的推移0.1和0.5×10^-5mol/ml浓度下的柠檬酸在第十二天后出现浓度增加现象。

图4 柠檬酸处理浮萍吸附铀浓度随时间的变化规律

4 讨论

通过空白对照试验，发现三种不同酸处理下的浮萍对铀浓度的吸附量明显提高。其中甲酸处理下的浮萍吸附性能最好，尤以0.4×10^-5mol/ml甲酸吸附效果最佳。苹果酸以0.2×10^-5mol/ml的酸浓度对浮萍的吸附效果较好，柠檬酸以0.5×10^-5mol/m的酸浓度对浮萍的吸附效果较好。

在不同浓度的甲酸和柠檬酸处理下的浮萍对铀的吸附量在第六天都基本达到吸附饱和，而苹果酸在第六天后吸附速率缓慢，在第十二天后也基本达到吸附饱和。

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