Targeted synthesis of carbon-supported titanate nanofibers as host structure for nuclear waste immobilization

化学 离子交换 吸附 选择性 离子 钛酸酯 核化学 无机化学 催化作用 物理化学 有机化学 陶瓷
作者
Lei Li,Ran Ma,Xuewei Liu,Tao Wen,Bo Wu,Mingtai Sun,Zheng Jiang,Suhua Wang,Xiangke Wang
出处
期刊:Radiochimica Acta [R. Oldenbourg Verlag]
卷期号:110 (6-9): 561-573 被引量:1
标识
DOI:10.1515/ract-2021-1055
摘要

Abstract Inorganic ion-exchange materials show potential application for toxic radioactive ions due to their remarkable high efficiency and selectivity features. Here, two type of carbon-supported titanate (C@TNFs and C@TNFs(H)) nanofibers have been synthesized by a cost-effective in suit growth method. The resulting C@TNFs and C@TNFs(H) microspheres present uniform flower-like morphology and large surface area. The interlayer Na + in the titanate shell provides docking sites for ion-exchange of radioactive ions (U(VI), Ba(II), and Sr(II)). Interestingly, the exceeding theoretical cation-exchange capacities (CECs) are achieved on C@TNFs for U(VI) ∼4.76 meq g −1 and Ba(II) ∼2.65 meq g −1 and C@TNFs(H) for Ba(II) ∼2.53 meq g −1 and Sr(II) ∼2.24 meq g −1 , respectively. The impressive adsorption performance is mainly attributed to the synergistic effects of ion-exchange and surface complexation. More significantly, C@TNFs and C@TNFs(H) maintain high distribution coefficients ( K d U ) of >104 mL g −1 over a wider pH range (pH = 3.5–9.0) and high adsorption rate with short equilibrium time within 50 min. Competitive ion-exchange investigation shows a selectivity order of U(VI) > Ba(II) > Sr(II) at individual 10 ppm concentration, pH = 6.0 and T = 298 K. The related spectroscopic studies reveal the intercalative mechanism of radionuclides in the deformed titanate structure, as a result of target ions firmly trapped in the interlayer of C@TNFs and C@TNFs(H). These advantageous features allow the C@TNFs and C@TNFs(H) to be promising candidates for the remediation of toxic radioactive ions polluted water.
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