수착을 통해 희석된 수성 시스템에서 U(VI) 제거

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16951(2022) 이 기사 인용

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핵연료 제조를 위한 과거 우라늄 채굴 및 제분 활동의 유산은 계속해서 우려의 원인이 되고 있으며 전 세계 연구자들에게 평가 및 개선 조치가 필요합니다. 우라늄 오염수를 환경으로 배출하는 것은 규제(세계보건기구, WHO - 15 μg/L, 루마니아 법률, RO - 21 μg/L), 환경 및 건강의 문제입니다. 따라서 희석된 수용액으로부터 U(VI)를 제거하는 다양한 기술로는 화학적 침전, 이온 교환, 흡착, 0가 철 나노입자 고정화 등이 광범위하게 적용되고 있다. 우리의 이전 연구에서는 실험실에서 합성된 Fe2O 기반 나노물질(NMS)을 사용하여 광산수와 같은 희석된 수성 시스템에서 U(VI)를 제거하는 방법을 연구했습니다(Crane et al. in Water Res 45:2391-2942, 2011). 탄산염이 풍부한 수성 시스템을 NMS로 처리하여 U(VI)를 제거했습니다. 30분의 반응 시간 후에 안정한 가용성 탄산 복합체를 형성하는 경향이 높기 때문에 약 50%만이 제거되는 것으로 관찰되었습니다. 이를 고려하여 본 논문에서는 희석된 수성 시스템에서 U(VI)를 제거하고 공정 메커니즘에 대한 지식을 업데이트하기 위해 현장에서 생성된 Fe2O3·nH2O 및 올레산 나트륨 계면활성제를 사용하여 수착/부양 기술을 조사하는 것을 목표로 합니다. U(VI)의 제거 효율을 결정하기 위해 영향을 미치는 요인인 pH, 흡착제 용량, 계면활성제 농도, 접촉 시간, 교반 속도, U(VI) 농도, 가압수 공급 장치의 공기압 및 효과를 연구했습니다. 일부 동반 중금속 이온(Cu(II), Cr(VI) 및 Mo(VI)). 제거 효율(%R)을 모니터링하고 최대값을 통해 실제 광산수 샘플(MW)에서 검증된 최적의 분리 매개변수(설정된 공정 매개변수)를 설정할 수 있었습니다. 높은 U(VI) 제거 효율 %R > 98%가 얻어졌습니다. 두 가지 유형의 실제 광산수 샘플, 즉 각각 "단순" 샘플과 "NMS로 전처리된" 샘플에서 U(VI)를 제거하기 위해 수착/부양 기술이 적용되었습니다. NMS로 전처리된 광산수 샘플의 경우 pH 보정 유무의 두 가지 변형에서 작동했습니다. pH 범위 = 7.5–9.5의 경우, 몰비 [U(VI)] : [Fe(III)] = 1 : 75, [U(VI)] : [NaOL] = 1 : 1 × 10–2, 접촉 시간 30 min., 교반 속도 250RPM, U(VI)의 초기 농도 10mg·L−1, 가압수 수용기의 공기압 p = 4 × 105N·m−2는 %R > 98%를 얻습니다. 수착/부양은 독립 실행형 작업으로 또는 광산수의 NMS 전처리 및 pH 조정과 함께 사용하여 좋은 %R 값으로 기능할 수 있는 것으로 밝혀졌습니다(CU(VI) < 1·10– 3mg·L−1).

이 산업에서 사용되는 다른 중금속에 의해 생성되는 교차 오염 외에도 우라늄 광석 습식 제련 공정으로 인한 환경의 방사성 오염은 여전히 ​​과학자들에게 어려운 과제이며 전 세계적으로 인류 건강에 대한 주요 위협입니다2,3,4. 기상 현상으로 인해 생성된 광산수는 중요한 방사성 오염물질이며 Cu(II), Cr(III+VI) 및 Mo(VI)와 같은 기타 중금속과 함께 상당한 양의 U(VI)를 동원합니다. 결과적으로 매우 효율적인 교정 기술이 필요합니다3,5. 불행하게도 복합화 공정6, 공침7,8,9,10, 산화환원 반응9, 이온 교환11,12, 용매 추출13,14, 다양한 물질에 대한 흡착15,16,17,18,19 생물학적 정화20,21 및 나노물질5,18,22,23,24,25,26에 고정화는 특정한 장점과 단점을 제시합니다. 구체적인 이점에 대한 한 가지 예는 선택성을 포함하여 다양한 향상된 응용 분야를 제공하는 변경된 특성을 가진 새로운 흡착제의 개발입니다. 수용액에서 우라늄을 제거하는 경우 이러한 목적에 대한 몇 가지 연구가 주목할 수 있습니다. 마그네타이트 존재 하에서 글루타르알데히드를 사용하여 키토산을 가교시켰습니다. 수지는 테트라에틸렌펜타민(TEPA)과의 반응을 통해 화학적으로 변형되어 아민 함유 키토산을 생성했습니다. 이 수지는 수성 매질에서 UO22+ 이온을 흡수하는 데 더 높은 친화성을 나타냈습니다27. 자기적 특성을 지닌 쉬프(Schiff)의 기본 키토산 복합체. 이 조성물은 UO22+ 이온의 흡착에 대해 높은 친화력과 빠른 동역학을 보여주었습니다28. 약 pH 529에서 U(VI) 흡착을 개선하기 위해 디에틸렌트리아민(DETA)과 디티존을 접목하여 기능화된 자성 키토산 나노입자. 키토산과 결합된 구아 검의 인산화는 약산성 용액에서 U(VI) 제거를 위한 효율적인 흡착제를 준비합니다. 또한, 구아검/자석/키토산 나노복합체의 인산화가 완료되면 그람+ 및 그람- 박테리아 모두에 대해 항균 효과가 있습니다30. U(VI)에 대한 또 다른 흥미로운 새로운 흡착제는 요소 또는 티오요소 기반 폴리머로 기능화된 실리카 비드입니다. 단점의 예로는 화학적 방법, 이온 교환 및 용매 추출이 있습니다. 다량의 오염물질을 함유한 폐수를 처리하는 데는 효율성이 높지만 희석된 수성 시스템(10–3–10–6 M 용액)을 처리하는 것은 불가능합니다.