Selective removal of Sr(II) from saliferous radioactive wastewater by capacitive deionization

电容去离子 选择性 化学 吸附 电化学 核化学 废水 电极 离子 朗缪尔吸附模型 无机化学 环境工程 工程类 物理化学 生物化学 催化作用 有机化学
作者
Shuhong Xiang,Hengjian Mao,Wusong Geng,Yingsheng Xu,Hongjian Zhou
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:431: 128591-128591 被引量:66
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2022.128591
摘要

90Sr-containing radioactive wastewater during Fukushima nuclear accident (FNA) aroused extensive consideration for its disposal. Massive coexisted Na+ ions seriously inhibited Sr2+ removal, aggravating the expenditure of radioactive wastewater treatment. Herein, a chestnut shell derived porous carbon material modified with aryl diazonium salt (ADS) of sodium 4-aminoazobenzene-4′-sulfonate (SPAC) was developed as capacitive deionization electrode for selective removal of Sr2+ from saliferous radioactive wastewater. Based on ADS modification, the Sr2+ electrosorption capacity of SPAC electrode was improved to 33.11 mg g−1 with fast ion removal rate of 2.89 mg g−1 min−1, comparing with only 16.10 mg g−1 before modification. The isothermal adsorption and kinetics by SPAC electrode fitted well with Langmuir and pseudo-second-order model, achieving a maximum Sr2+ electrosorption capacity of 58.21 mg g−1, superior cycling stability, and excellent charge efficiency (77.63%). Fascinatingly, the SPAC electrode exhibited superhigh Sr2+ selectivity of 70.65 against Na+ in Na+–Sr2+ mixed solution with molar ratio of Na+:Sr2+ as 20:1. Density functional theory (DFT) simulation, combining with electrochemical and spectral analyses, revealed that the high overlap of electron cloud between Sr2+ ion and anionic sulfonic group (–SO3-) provided SPAC with remarkable selectivity of Sr2+ ion, and illustrated the ion-swapping mechanism of Sr2+ selectivity.
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