1绪论

1.1课题研究的背景

能源是人类社会发展的重要基础，也是其发展的瓶颈之一。国际原子能机构(International Atomic Energy Agency—IAEA)与美国能源信息署预测，随着世界经济快速发展，人口急剧增多，工业化现代化进程加快，未来世界对能源的需求量将持续增大，到2050年能源需求量将增加到目前的2.5倍[1-2]。由于传统的化石能源煤、石油和天然气的储量有限，加上在使用过程中将严重污染环境，造成人类生存环境受到威胁。因此，高效、经济、清洁的新能源幵发与利用将成为代替传统化石能源的主流选择。核能作为一种清洁、环保和安全的能源，在世界各国倡导节能减排的大背景下其使用优势格外凸显。尤其在传统化石能源尤为缺乏的亚洲国家，更是把核能作为新兴产业优先发展。日本福岛核泄漏事故发生后，虽然很多国家对发展核能更加慎重，但是核能在应对能源短缺方面仍将发挥着不可替代的作用[3]。全国政协经济委员会副主任、原国家能源局局长张国宝接受《中国经济周刊》记者核电专访时指出“作为一个人口众多、能源问题十分突出的大国，中国不可能放弃核电”[4]。如图1-1，目前我国在运核电机组有14台，容量达到1188万kW;核准在建或者拟建的核电机组为33台，容量为3593万kW，其中在建的有27台，容量约为2989万kW。

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1.2课题研究的意义

铀作为核能燃料的主要成分，又是国防建设所必需的战略物质。根据我国《核电中长期发展规划(2005-2020年)和《国防科技工业中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》，为了满足核能快速、安全发展和国防建设（核军工）的需求，我国仍然需要加大对铀矿资源的开采和选冶力度。这显然给世界各国的铀矿地质勘探、开釆和铀矿冶系统提供了空前的发展机遇[9]。毫无疑问，铀矿的开釆为各国的国防建设和核能发展做出了重大的贡献，但是在铀矿资源开釆和选冶过程中会产生大量的含铀废水。据统计，我国南方某铀矿山每年产生的铀矿坑水就达300000吨之多，再加上铀尾矿库浸渍水和铀矿堆浸工艺废水，每年产生的含铀废水量就更大。含铀废水放射性污染主要是通过发射a射线、P射线、Y射线和中子，从而导致人(生物）机体致电离辖射损伤。人或生物体自身尽管对辐射伤害具有一定的修复功能，但是这种修复功能极弱。大量的实验表明多次、长时间和较小剂量的福射所产生的危害近似等于一次该剂量的辐射所产生的危害。因此，这种致电离辖射对人或生物危害的效果(剂量)具有明显的累积性[12]。

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2实验概述

2.1实验试剂和主要实验仪器

本实验所需的啤酒酵母菌是本论文组成员前往燕京啤酒湖南衡阳公司釆取的废弃菌丝体，胱氨酸购(生物试剂)购于北京九强生物技术公司，海藻酸钠(固体颗粒)购于天津市光复精细化工研究所，明胶(粉粒)购于上海德隆胶业有限公司，偶氮购于国药集团北京化学试剂公司。

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2.2啤酒酵母菌废弃丝体的采集、预处理与表面化学修饰及其固定化

首先，将从湖南省衡阳市燕京啤酒分公司釆取回来的啤酒酵母废弃菌丝体进行高压蒸汽灭菌、离心收集菌丝体，再用蒸馆水对其进行洗漆，再采用生物医药专用离心机进行离心，再洗潘、离心，随后将其置于冰箱中冷冻，得到啤酒酵母菌体。随后将其加入甲酸与盐酸混合液，进行甲酵交联处理。然后将甲醛-盐酸交联的啤酒酵母菌湿润体与存于NaOH溶液中的脒氨酸进行温和混合，控制温度、混合时间及投料比例，使用化学修饰剂胱氨酸对交联后的啤酒酵母菌细胞表面的经基、梭基、憐酰基、硫酸5旨基和酷胺基进行表面化学修饰，并采用海藻酸钠进行固定化。

23磁性纳米Fe304粒子的合成与功能化改性

以微生物（氧化亚铁硫杆菌）代替亚硝酸盐作为催化氧化剂，调节反应体系pH值温度为3，同时控制氧化亚铁硫杆对FeS04的生物催化氧化进程，从而制备获得Fe(III): Fe(II)为1:1的生物聚合硫酸铁(EPFS)溶液。将装有蒸懼水的自制杯状半透膜放入装有NaOH溶液烧杯中，随后向自制杯状半透膜中逐滴滴加上述制取的BPFS溶液，保持反应体系pH值为10左右，在60?恒温水浴加热，并不断磁力搅拌。随着BPFS溶液的加入，自制杯状半透膜中生成大量的黑色Fe304粒子。将黑色Fe304粒子在50?下水浴晶化l.Oh，然后用磁座分离，蒸懼水洗漆多次后置于80°C的恒温鼓风干燥箱中烘干研磨，过200目蹄，储存备用。将上述生成的磁性纳米Fe304粒子和甲苯溶液混合在三口烧瓶中进行超声分散，然后搅伴升温至一定条件下，将3-氨丙基三甲氧基桂烧(APTMS)慢慢地滴入其中，在离心机作用下离心，然后用乙醇和丙酮洗涤数次，真空千燥。即得到表面氨基化磁性纳米颗粒。

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3化学修饰啤酒酵母菌及其吸附铀的试验研究.......40

3.1引言...... 40

3.2吸附铀的试验...... 41

3.3胱氨酸修饰啤酒酵母菌的结构表征...... 42

3.4 扫描电镜分析 ......44

3.5解吸赠果分析 ......50

4氨基功能化改性磁性纳米Fe304及其吸附铀的性能研究...... 52

4.1 引言...... 52

4.2实验方法...... 53

4.3纳米Fe304粒子和Fe304-NH2纳米颗粒的结构表征...... 55

4.4纳米Fe304粒子和Fe304-NH2纳米颗粒吸附铀的性能...... 57

4.5吸附剂的循环再生能力 ...... 65

4.6 小结...... 68

5纳米FeaCU负载啤酒酵母菌及其吸附铀的性能...... 69

5.1引言...... 69

5.2实验方法...... 70

5.3纳米Fe304负载啤酒酵母菌吸附铀的性能......72

5.4吸附剂的再生性能 ......80

5.5吸附剂NFSC的结构表征...... 81

5.6本章小结...... 82

6新型功能化磁性介孔氧化娃材料G-PA-SBA-15的制备及其吸附铀的实验研究

6.1引言

与传统的微孔材料相比，介孔材料具有允许分子进入的孔径较大、比表面积高和吸附容量大等特点，在催化、吸附和分离、新型材料组装、生物和医药等方面具有广阔的应用前景，自从1992年Mobil公司科学家Kresge和Beck等发现了M41S系介孔材料以来，因其具有均一有序的孔道、可调的孔径、可控的形貌等优点引起人们的广泛关注特别是在环境科学与工程中，利用介孔材料较强的吸附能力、良好的化学稳定性和吸附选择性，可以达到对一些重金属离子的去除和分离的目的[211-212]。在介孔家族中，介孔氧化娃材料由于合成方法简单、比表面积高，具有很好的化学稳定性和热稳定性，并且耐酸和耐福照，更加适合在铀矿冶酸性废水等强福照酸性环境中使用Pi3]。近些年来，已有不少学者将介孔氧化桂材料应用于放射性废液的处理和核环境污染治理，并显示了较好的应用前景_。Yousefi等人采用5-稍基-2-糠酵对MCM-41进行功能化改性，并对其同时从含铀溶液中吸附铀、杜进行实验研究，结果显示其富集系数可达100 [215]。Sert等人首先合成了氨丙基功能化MCM-41,并将其用于铀醜离子的吸附实验中，结果发现采用Langmuir模型对其吸附容量进行计算,最大吸附容量可达到625 mg/g。Kim等人首先分别采用聚乙稀亚胺(PEI)、聚丙稀酸（PAA)、幾甲基聚乙稀亚胺（CMPEI)对MSU-H进行改性，并将功能化改性后的材料用于铀醜离子的吸附提取实验，其吸附效果较好[217]。Assadi等热采用水杨醛功能化MCM-41，并将其应用于天然水体中铀的分离、预富集以及测定实验，结果显示：吸附剂稳定性好的，而且在最佳条件下其对铀的吸附量可达10 mg/g。

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结论

本论文基于铀酰离子空间配位结构，从构筑新型功能化吸附剂出发，以高效吸附铀矿冶含铀废水中的铀为目标，构筑了胱氨酸修饰啤酒酵母菌MSC、3-氨基丙基三甲氧基硅烧表面氨基功能化磁性吸附剂Fe304-NH2、纳米Fe304负载啤酒酵母菌NFSC和新型功能化磁性介孔氧化桂G-PA-SBA-15等4种不同的新型功能化吸附剂，考察了不同吸附影响因素下各种吸附剂对铀矿冶模拟含铀废水的吸附与解吸性能。主要研究结论如下：利用化学修饰剂腕氨酸对啤酒酵母菌及：进行化学修饰，得到一种新型的生物吸附剂修饰啤酒酵母菌MSC,并对胱氨酸修饰啤酒酵母菌得到的吸附剂MSC进行红外光谱分析，结果发现/从：细胞表面含有大量基团-COOH、-NH2、-SH、-0H。通过特征吸收峰变化结果分析显示，这些基团均参与了铀的吸附过程，但MSC的主要成分和结构仍然保持完整。SC和MSC在pH值均在6.0时达到最大吸附量，分别为55 mg/g和141 mg/g。SC和MSC吸附铀的动力学研究表明，SC和MSC吸附铀在l.Oh就完成了 80%的吸附量，在1.5h左右均可达到吸附平衡,而且准二级反应动力学模型能更好的描述了 SC和MSC对铀的吸附过程，表明控制铀的吸附速率过程可能主要是化学吸附。

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参考文献（略）