静态法和EXAFS技术研究Eu（III）在钛酸纳米管上的吸附行为和微观机制.pdf

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1、中国科学：化学2012年第42卷第1期：60—73《中国科学》杂志社SCIENTlASINlCAChimica＼^『、『I，vI，．scichina．comchem．scichina．comSCIENCECHINAPRESS静态法和EXAFS技术研究Eu(III)在钛酸纳米管上的吸附行为和微观机制盛国栋，杨世通，赵东林，盛江，王祥科新型薄膜太阳能重点实验室，中国科学院等离子体物理研究所，合肥230031通讯作者，E—mail：xkwang@ipp．ac．cn收稿日期：2011．05—04；接收日期：2011-07—04；网络版发布日期：2011-08—2

2、9doi：10．1007／s11426—011-4370—3摘要结合静态实验和x射线吸收精细结构谱学(EXAFS)技术研究了pH、时间、有机配关键词体等环境因素对放射性核素Eu(III)在钛酸纳米管上的吸附行为和微观机制的影响．宏观实钛酸纳米管放射性核素Eu(III)验结果表明：Eu(III)在钛酸纳米管上的吸附在pH<6．0条件下受离子强度影响，而在pH>x射线吸收精细结6．0条件下不受离子强度影响；腐殖酸HA／FA在低pH条件下可以促进Eu(III)在钛酸纳米管构谱学上的吸附，而在高pH条件下抑制Eu(III)在钛酸纳米管上的吸附．EXAFS微观分析

3、结果表胡敏酸明：在pH<6．0条件下，吸附属于外层吸附机理；在pH>6．0条件下，吸附属于内层吸附机富啡酸理．pH<6．0时，中心原子Eu周围只有Eu—O一个配位层，其平均键长为2．40A，配位数在9左右；随着pH逐渐升高，第一配位层的配位数下降，表明吸附Eu原子配位的对称性下降．当吸附时间延长或pH升高，吸附原子Eu周围出现了Eu—Eu和Eu—Ti第二配位层，其平均键长分别为3．60A和4．40A，配位数分别在2或1左右，表明形成了内层吸附产物或表面沉淀或表面多聚体．腐殖酸HA／FA的存在，可以改变Eu(III)在钛酸纳米管表面的吸附形态和微观原子结构

4、，Eu(III)不仅可以与钛酸纳米管的表面羟基直接键合形成二元表面复合物(Eu—TNTs)，还可以通过HA／FA的桥连作用形成三元表面复合物(HA／FA—Eu—TNTs)．这些研究结果对于评估放射性核素Eu(III)-~纳米材料在分子水平上的作用机理及分析Eu(III)在环境中的物理化学行为具有重要的意义．1引言而，这些研究主要是从宏观上阐述环境污染物在TNTs上的吸附动力学和热力学性质，没有文献从微自从Kasuga等『l’发现钛酸纳米管(titanate观上揭示污染物在TNTs上的吸附机制，尤其是放射nanotubes，TNTs)以来，钛酸纳米管由于其

5、独特的物性核素在TNTs上的表面吸附形态和微观原子结构．理化学性质和微结构，在传感器、催化剂载体、离子另外，随着商用化生产TNTs成本的不断降低，在不交换材料、吸附剂等多种领域有着极其重要的应用前久的将来，TNTs这一新型的纳米材料在环境污染物景口J．在过去的几年里，许多文献报道了TNTs对有的实际处理中将有极为重要的应用．机污染物～和重金属离子的吸附性能叫，结果表在核废料处理处置中，研究放射性核素在固相明TNTs对这些环境污染物有着很好的去除效果．然表面的吸附行为和机理，对于评估放射性核素的物中国科学：化学2012年第42卷第1期理化学行为极为重要nU

6、’¨】．从这个角度讲，Eu(III)与石和80％的锐钛矿，颗粒的平均尺寸为30nm．制备其他三价镧系和锕系元素的化学性质类似，很多文的过程如下：3gTiO2为前躯体悬浮在90mL10献采用批量平衡技术和光谱技术报道了Eu(III)在各mol／LNaOH水溶液中，然后在250mL聚四氟乙烯高种固相表面的吸附和微观形态_1H】，并提出了很多压釜中在150℃的温度下水热处理1h．水热处理完机理，包括离子交换、外层络合吸附、内层络合吸附、毕，将白色沉淀用过滤的方法分离出来，首先用0．1晶格置换、表面沉淀或共沉淀等【加．近年来，基于mol／LHC1洗涤，然后再用蒸

7、馏水洗涤直到滤液的pH同步辐射的x射线吸收精细结构谱学技术(ExtendedX．达到7为止，将得到的白色沉淀在120℃的真空干rayAbsorptionFineStructure(EXAFS)Spectroscopy)在燥箱中烘干，储存，备用．揭示金属离子吸附机理和微观结构方面显示出了独本实验中使用的FA和HA从甘肃土壤提取，Tao特的作用．等人加，16,"对其进行了相关表征．根据各组分质量腐殖酸(humicsubstances，HSs)，诸如胡敏酸分布及不同类型碳的含量，得出腐殖酸的各类碳含(humicacid，HA)$D富啡酸(fulvicacid，

8、FA)，由于对放量的计算值．NMR测量得到腐殖酸的波谱可分为五射性核素有着很强的