MXene插层材料吸附去除废水中放射性核素锶的研究.pdf

摘要

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放射性锶（Sr）是放射性核素U和Pu的裂变产物。废水中的放射性锶会对

人类健康和生态系统构成严重威胁。因此，有效去除废水中的放射性锶核素刻不容缓。

吸附法去除废水中放射性核素锶具备操作简单、成本低、不易造成二次污染等优点。

本研究开发新型MXene基材料，评估其对模拟废水中Sr2+的吸附去除效果，探究吸附

性能及吸附机理，为开发其它MXene基材料用于吸附去除放射性核素及重金属离子

提供理论依据。

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本文以四元TiAlCN为MAX基材料，分别以Li和四甲基氢氧化铵（TMAOH）

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作插层剂，合成了两种不同的TiCNTMXene材料，并采用单因素试验方法确定了最

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佳合成条件。实验表明，Li插层四元TiAlCNMAX的最优合成条件：刻蚀时间为24

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h，刻蚀温度为313K；TMAOH插层四元TiAlCNMAX的最优合成条件：刻蚀时间

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为8h，TMAOH用量为10mL。研究中制备的两种吸附均具有多层堆叠类手风琴结

构，属于介孔材料，Ti、C、N、O和F元素在材料表面均匀分布。两种材料对Sr2+的

吸附过程均符合准二级动力学和R-P模型。

两种材料对Sr2+的吸附性能优良，吸附速度快（10-15min去除率大于90%）、pH

适用范围广（3-12）、投加用量少（0.6-1.0g∙L-1去除率大于85%）、再生性能好（4次

后去除率大于65%）。吸附机理均包括静电吸引、截留以及螯合作用。其中，在温度

+2+-1

为313K时，Li和TMAOH插层的材料去除Sr的最大吸附容量分别为26.53mg∙g

和41.91mg·g-1。两种插层剂制备的TiCNTMXene材料层间距不同，暴露的活性位

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点不同，材料中能与Sr2+结合的富电子官能团-N、-O和-F位点不同，导致吸附除锶效

果差异。

基于Box-Behnken试验设计的响应面模型分析结果表明，初始浓度31mg∙L-1，接

-1+2+

触时间70min，质量浓度5.3g∙L时，Li插层的TiCNTMXene材料对去除Sr最大

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去除率可达到95%。研究表明TiCNTMXene材料在应急处理含锶废水中具有一定

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的应用价值。

关键词：MXene；插层材料；吸附；放射性废水；锶

ABSTRACT

Radioactivestrontium(90Sr)isafissionproductofradionuclides235Uand239Pu.

Radioactivestrontiuminwastewaterwillposeaseriousthreattothehumanhealthand

environmen