Adsorbente compuesto de carbón activo / PAN (poliacrilonitrilo) para la eliminación de uranio: modelado de datos de isotermas de adsorción, estudios termodinámicos y cinéticos
DESTACAR
El mecanismo de adsorción se discutió mediante la comparación del análisis de regresión lineal y no lineal.
La sorción siguió como una cinética de pseudo-segundo orden.
Se preparó un absorbente de alta capacidad que puede separar los iones de uranio de las soluciones ácidas.
El mecanismo de adsorción se calculó como reacciones exotérmicas, espontáneas y favorables.
INTRODUCCIÓN
MATERIALES Y MÉTODOS
Sustancias químicas y reactivos
Preparación de perlas de composite AC / PAN
Caracterización de perlas compuestas AC / PAN
Experimentos de captación de uranio con adsorbentes compuestos AC / PAN
Isotermas de adsorción y modelado de adsorción
Resultados y discusiones
El efecto del tiempo de contacto sobre la adsorción de uranio.
Efecto de la concentración inicial de uranio
Experimentos de captación de U +6 , Th +4 y Sr +2
Efecto de la temperatura
Caracterización de perlas compuestas AC / PAN
Efecto de la concentración de adsorbente
Investigación de isotermas de adsorción.
Parámetros termodinámicos
Cinética de adsorción
En la industria nuclear
Hay 4 pasos principales en el proceso de adsorción que se resumen a continuación:
El adsorbato viaja hacia los poros del adsorbente (transferencia de masa de película / difusión de capa límite).
El adsorbato se mueve a lo largo de los espacios porosos del adsorbente y se mueve hacia la superficie donde ocurre la adsorción.
El adsorbato se difunde hacia el límite de una capa de película que cubre el adsorbente (transporte de solución a granel).
Finalmente, la adsorción ocurre en los poros del adsorbente
la gestión de residuos es muy importante
es la única tecnología que asume la plena responsabilidad de todos sus residuos
Los desechos radiactivos deben gestionarse para proteger la salud humana, el medio ambiente y las generaciones futuras
ciclo del combustible nuclear
desde la extracción de uranio
hasta la eliminación de desechos nucleares
La adsorción es una de las técnicas más utilizadas para concentrar residuos para su posterior tratamiento o eliminación
La adsorción se define como
La importancia de la adsorción es
desechos de uranio en diferentes pH y concentraciones
la condensación
acumulación de iones
moléculas en una fase sobre la superficie de otra fase
su capacidad para separar oligoelementos de un gran volumen de soluciones
se utilizan para la remediación de desechos radiactivos e industriales
Las buenas propiedades de adsorción del carbón activado se conocen desde los primeros tiempos
El carbón activado es un material adsorbente
con un área de superficie interna altamente desarrollada
un volumen de poro producido a través del proceso de activación aplicado a materiales con un alto contenido de carbón
En el presente Artículo
se aplicó un adsorbente compuesto sintetizado a partir de carbón activado
PAN al manejo de desechos radiactivos líquidos en particular, para la adsorción de uranio a partir de soluciones ácidas.
El poliacrilonitrilo (PAN)
El nitrato de uranilo hexahidrato
carbón activo
DMF ( N , N- dimetilformamida)
Tween-80 (monooleato de polietilenglicol sorbitán)
5 mL de DMF (N, N-Dimetilformamida) se añadió a 0,25 g de PAN y se disolvió a una temperatura de 50 ° C
se añadió Tween 80 para aumentar la capacidad de unión
Se añadió 1 g de carbón activado a la solución resultante y se mezcló con un agitador magnético durante aproximadamente 2 h
la solución se dejó caer desde cierta distancia en un cilindro graduado que contenía 50 mL de agua desionizada con la ayuda de una micropipeta
La separación sólido-líquido se realizó mediante filtración
se determinaron mediante adsorción de nitrógeno a 77,15 K utilizando un analizador automático de superficie Micromeritics ASAP-2020.
Metodo de Brunauer-Emmett-Teller (BET) para
el volumen de microporos
el área de superficie de microporos de los adsorbentes
Las muestras se desgasificaron a 130 ° C durante 2 h al vacío
Método de Barrett-Joyner-Halenda (BJH)
para calcular la distribución del tamaño de los poros
Se seleccionaron cinco parámetros diferentes para los experimentos de absorción de uranio:
tiempo de contacto
concentración inicial de iones metálicos
pH inicial
temperatura
relación sólido-líquido
El equilibrio de adsorción se establece entre
la cantidad adsorbida por un peso unitario de adsorbente
la concentración del adsorbato que queda en la solución
Físicoquímicamente
este equilibrio se explica por las isotermas de adsorción
Cuando el adsorbente, el adsorbato y la temperatura se mantienen constantes, la adsorción depende de la presión en la fase gaseosa y de la concentración de la solución
La isoterma de adsorción es el gráfico de la cantidad de material adsorbido frente a la presión o concentración a temperatura constante
Se aplicaron análisis de
regresión lineal
ajuste no lineal para analizar la adsorción de uranio en adsorbentes compuestos AC / PAN.
Los datos de adsorción en equilibrio se analizaron utilizando varios modelos de isotermas
Temkin
Dubinin-Radushkevich
Freundlich
como Langmuir
Muchos parámetros afectan el proceso de adsorción, estos parámetros tienen que ver con:
el material adsorbido
las propiedades del medio de adsorción
La estructura de los poros del adsorbente está relacionada con
el tamaño de los poros
su proporción en el volumen total del adsorbente
la distribución del tamaño de los poros.
Se prepararon perlas compuestas de AC / PAN para la eliminación de iones metálicos de soluciones acuosas. 
Efecto del tiempo de contacto sobre la adsorción de uranio (concentración inicial de uranio: 100 mg L −1 ; pH: 4; temperatura: 30 ° C; cantidad de adsorbente: 0,1 g).
Efecto de la concentración inicial de uranio de la adsorción de AC / PAN (pH inicial: 4; tiempo de contacto: 2 h; temperatura: 30 ° C; cantidad de adsorbente: 0,1 g).
Efecto de la temperatura sobre la concentración de uranio de la adsorción de AC / PAN (pH inicial: 4; tiempo de contacto: 2 h; cantidad de adsorbente: 0,1 g
Efecto de la concentración de adsorbente sobre la adsorción de uranio de AC / PAN (pH inicial: 4; concentración inicial de uranio: 25 mg L −1 tiempo de contacto: 2 h
Freundlich
Dubinin – Radushkevich
Langmuir
Temkin
Los valores de cambio de
cambio de entropía estándar (ΔS °)
cambio de energía libre de Gibbs (ΔG °)
entalpía estándar (ΔH °)
Los valores negativos de ΔG ° indican que el proceso es espontáneo.
Los valores positivos de ΔS ° muestran que el desorden en la interfaz sólido-líquido aumenta a lo largo del proceso de adsorción.
El valor negativo de ΔH ° en el rango de temperatura examinado indica que el proceso de adsorción es exotérmico.