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功能化氧化石墨烯材料的制备及其铀吸附性能研究

摘要

核能是一种清洁能源，能够有效的缓解CO排放的问题。核能的发展需要铀元素，

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而陆地上铀元素的储备量有限，所以研究人员已将目光放到了海水中，海水中储存着大

量的铀元素，是陆地上的1000倍，足以应对人们对核能的需求。但是在海水中提取铀

元素也存在着诸多困难，例如海水中铀元素的浓度极低，且海水环境复杂，富集多种微

生物，同时竞争离子较多，这些都会影响吸附剂在海水中提取铀的效率。因此，需要设

GO

计环境友好、具有防污性能和特异选择性的吸附材料。氧化石墨烯（）含有丰富的

活性官能团，易于对其改性。因此本文中选择氧化石墨烯作为基体材料，并对它进行改

性，以提高其特异选择性和防污性能等。

为了提高氧化石墨烯基材料的铀吸附选择性及抗海洋微生物污损性能，选择β-1,3-

2+

葡聚糖对GO接枝改性，以铀酰离子（UO）为目标离子进行印迹处理，成功制备吸

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附材料GOG-RE。通过离子竞争性吸附实验，证明GOG-RE吸附材料对铀酰离子有很

5-1

1.2810mL∙g

高的选择性，分布系数值为×，通过计算得出理论最大饱和吸附容量为

-1

806.45mg∙g。吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型，表明其为化学主

导的单层吸附。抗菌实验证明，该材料对大肠杆菌（革兰氏阴性）、金黄色葡萄球菌（革

兰氏阳性）和海假交替单胞菌有明显的抑制作用。

为了提高氧化石墨烯基吸附材料对铀的吸附速率，选择磷酸酯两性离子和聚乙烯亚

胺（PEI）对GO共改性，合成了吸附材料GMP。该材料能够实现对铀选择性吸附和具

备防污性能的同时实现对铀的快速吸附。接触角测试表明合成的GMP吸附材料吸水速

率较快，仅需要0.15s便实现完全浸润。动力学实验表明其对铀的吸附达到吸附平衡仅

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需要30min，吸附动力学模型符合准二级动力学模型，相关系数R可达0.99。

PHMB

为了提高氧化石墨烯基吸附材料的循环利用性，选择聚六亚甲基双胍（）对

GO改性，赋予其防污性能。将聚胍改性的GO掺杂到以明胶为第一线性网络，经过N,N-

亚甲基双丙烯酰胺（MBA）交联后的丙烯酰胺作为第二网络的双网络水凝胶中，合成吸

附材料(GO-PHMB)@Gelatin-PAM。循环吸脱附实验表明，经过十次循环后，

0.4

(GO-PHMB)@Gelatin-PAM对铀的去除率仍有66%。在模拟海水的条件下，对铀的去

0.4

除率均在75%以上。动力学吸附实验表明，其达到吸附平衡的时间为30min，吸附过程

为化学吸附主导的单层吸附。

哈尔滨工程大学硕士学位论文

关键词：海水提铀；吸附；铀酰离子；氧化石墨烯

功能化氧化石墨烯材料的制备及其铀吸附性能研究

ABSTRACT

Nuclearenergyisakindofcleanenergy,whichcaneffectivelyalleviatetheproblemof

COemission.Uraniumisneededf