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新型Mg-Al吸附剂去除压水堆核电厂废水中高浓度硼
靳科研, 白璞, 李小龙, 张佳楠, 闫文付
高等学校化学学报    2022, 43 (2): 20210516-.   DOI:10.7503/cjcu20210516
摘要   (556 HTML14 PDF(pc) (2959KB)(297)  

通过特定的焙烧过程制备了不含碳酸根的Mg-Al型层状双金属氧化物. 该层状双金属氧化物在废水中可水解为层状双金属氢氧化物, 从而能够通过四级串联吸附处理的方式将模拟核电厂含硼废水中的硼浓度由初始的2000 mg/L显著降低至10 mg/L, 满足内陆拟建核电厂需要将含硼废水硼浓度处理至30 mg/L以下的技术要求. 在pH=10.61, 固液比为1/40 g/mL, 吸附温度为20 ℃条件下, 吸附剂的硼吸附量可高达39.64 mg/g. 此外, 还在分子层次上讨论了中间氧化物的形成机理以及其水解生成层状双金属氢氧化物的机理, 探讨了核电厂高浓度含硼废水的pH值、 初始硼浓度、 吸附剂用量和搅拌时间等条件对吸附剂硼吸附性能的影响.



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Scheme 1 Schematic diagram of the treatment and discharge of the boron?containing waste water generated from pressurized water reactor nuclear power plant
正文中引用本图/表的段落
图1(A)为原料Mg-Al LDH、 焙烧后形成的中间氧化物以及硼吸附后吸附剂的X射线衍射(XRD)谱图. 可见, 在原料中含有少量CaCO3(PDF#72-1937)和氧化铝(PDF#75-0278), 高温焙烧后, 原料LDH的特征峰消失, 同时出现了氧化镁结构的特征峰(PDF#75-1525), 这个变化符合先前的报道[48]. 将吸附剂置于含硼溶液中, 通过XRD可以看出其又恢复为原本的二维层状结构. 图1(B)是前驱体(a), 焙烧后中间氧化物(b)及吸附后材料(c)的红外光谱. 在图1(B)谱线a上3471 cm-1附近有较强的层板间羟基的伸缩振动吸收峰, 1543 cm-1附近出现的是结晶水羟基的弯曲振动峰, 1370 cm-1处是碳酸根的振动吸收峰, 1000~400 cm-1处是M—O—M和M—OH的相关振动吸收峰[49], 2919和2849 cm-1处为样品中少量含碳酸钙杂质的吸收峰[50]. 焙烧后材料的红外谱图中的主吸收峰变窄[图1(B)谱线b], 结晶水的弯曲振动峰和碳酸根的对称伸缩峰分别出现在1634和1425 cm-1附近, 相较于谱线a均发生蓝移且峰形钝化, 表明层板间仍有少量结晶水[51]. XRD结果[图1(A)谱线b]显示焙烧后的产物中仍有少量碳酸钙, 因此仍能观察到碳酸根的峰. 吸附后材料红外谱图中的主吸收峰再次变强并且半峰宽明显增大[图1(B)谱线c], 表明层状结构恢复. 1430和1371 cm-1处的峰可归属为BO3的反对称伸缩振动振动, 971和877 cm-1处的峰可归属为BO3的面外伸缩振动, 说明层间阴离子为B3O3(OH)4-[49].
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