综述：利用双金属电催化剂高效还原氮分子，推动能源解决方案的发展

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Harnessing Bimetallic Electrocatalysts for Efficient Nitrogen Molecule Reduction in Advancing Energy Solution

铀水冶树脂污染中，铁胶体及无机氟化物为主要污染物，通过柠檬酸与阳离子表面活性剂（CTAB）协同作用，优化再生工艺（2%柠檬酸+0.02%CTAB，固液比1:10，静态浸泡2小时后酸再生），实现污染物去除率86.7%，树脂吸附容量恢复至57.14 mg·g?1，机械强度保留≥92%，具有绿色高效工业应用价值。

　　

彭玉凯|吴一晨|杜一多|田叶|苏学斌|华蓉

中国江西南昌330013，华东理工大学，国家铀资源勘查开采与核遥感重点实验室

摘要

本研究确定了在铀湿法冶金过程中，强碱性阴离子交换树脂中的主要污染物为Fe胶体沉积物和F无机化合物。提出了一种协同解毒方法，该方法结合了特定的解毒剂和表面活性剂。批量实验表明，柠檬酸显著增强了Fe和F的脱附效果。在此基础上，引入阳离子表面活性剂（溴化十六烷基三甲基铵，CTAB）可以降低溶液的表面张力，从而提高柠檬酸对受污染树脂的渗透和络合能力。实验结果表明，添加0.02%的CTAB可提高树脂的解毒效率。优化的再生过程如下：使用2%（C₆H₈O₇）+ 0.02% CTAB的溶液，固液比为1:10，静态接触时间为2小时，随后进行酸再生处理。该方法使树脂中的总污染物减少了86.7%，机械强度保留率≥92%，并且使树脂对铀的饱和吸附容量增加到57.14 mg·g^-1。柱吸附实验的饱和突破比为Ve/Vb = 1.67，吸附容量回收率达到93.39%。经过五次循环测试后，再生树脂的吸附容量仅下降了10%，证实了该解毒方法的强大工业应用潜力。相动力学拟合测量显示，CTAB的添加增强了树脂内部的扩散作用。同时，再生过程使用了更高效、更温和且更环保的再生剂，符合绿色化学和清洁生产的原则。基于表面活性剂和柠檬酸的协同去污作用，该再生方案为树脂污染问题提供了可靠的技术解决方案。

引言

离子交换树脂作为一种功能性聚合物材料，通过离子交换机制实现溶液中的离子分离、富集、纯化和回收[1]，[2]。其应用领域包括水处理[3]、湿法冶金[4]、稀土元素分离[5]、制药制造[6]和铀湿法冶金生产[7]。然而，在运行过程中，外部污染物常常会降低这些树脂的离子交换能力。常见的原因包括重金属离子污染、有机物污染、氧化剂污染和油污染[8]，导致交换能力急剧下降或完全丧失。这些污染物干扰了树脂的天然离子交换过程，这种现象称为“树脂中毒”。快速有效地解决树脂中毒问题是一个挑战，在核工业的铀矿开采中同样存在这一问题。

近年来，研究人员对受污染树脂的再生技术进行了大量研究。蔡等人[8]研究了受硅和有机物污染的树脂的再生技术，推荐使用NaClO作为再生剂。丁等人[9]在中性条件下研究了铀矿床中受污染树脂的再生方法，他们提出使用10% HCl + 0.1%柠檬酸进行酸再生以去除金属胶体沉积物，然后用1% NaClO进行深度再生以消除Si和有机物污染物。文等人[10]发现钼以阴离子形式被吸附，导致树脂中毒。100 g·L^-1的NaOH溶液可使树脂中的钼脱附91.2%，使树脂的饱和铀吸附容量恢复到原始值的99%。高等人[11]研究了铁和有机物对树脂的污染，并提出了相应的解毒技术：用10% HCl溶液提取铁，用8% NaCl + 4% NaOH + 0.1 m·L^-1的OP-10乳化剂溶液去除有机物。柠檬酸作为一种常用的再生剂，也对树脂再生有显著影响。李等人[12]证明柠檬酸可以通过螯合反应和吸附机制调节，显著提高PAMD树脂对重金属Cu的吸附效率，从而有效促进含有机酸废水系统中树脂对重金属的去除。Dipravath Kumar Seth等人[13]发现，用5%柠檬酸水溶液处理废树脂后，再用氢氧化钠溶液再生，可以成功恢复受油污染树脂的高离子交换能力。同时，表面活性剂由于其独特的界面作用，在污染物脱附和材料再生方面表现出潜力。陈等人[14]利用阳离子表面活性剂溴化十六烷基三甲基铵（CTAB）与带负电的重金属络合物形成静电相互作用，生成疏水性絮体以实现沉淀和分离。刘刚等人[15]描述了一种利用表面活性剂辅助的甲磺酸（MSA）高效纯化和再生废旧锂离子电池中高质量石墨的方法。Sánchez-Yepes Andrés等人[16]提出使用热活化过硫酸盐吸附剂和表面活性剂回收法有针对性地去除土壤洗涤乳液中的氯化有机化合物。H. Ghouas等人[17]分别使用TX-114和Lutensol ON 30获得了95%和87%的单宁酸提取效率，证明了表面活性剂回收的可行性。

尽管传统的树脂再生技术效率较高，但它们主要依赖于离子亲和力和浓度梯度——本质上是依靠较弱的相互作用。尽管这些技术有效，但它们存在设备腐蚀、二次污染以及操作繁琐耗时的问题[18]，[19]。本研究针对广东铀湿法冶金厂受铁和氟污染的树脂，提出了一种再生工艺。首先，通过分析树脂中毒的类型和程度来确定导致污染的污染物，从而探讨了树脂解毒和再生的实际生产问题。其次，通过静态浸渍解毒法对解毒剂进行了全面评估，使用了树脂吸附容量回收率、毒素去除率、比表面积和机械强度等指标。随后，使用酸、碱、络合剂和氧化剂对受污染的树脂进行了再生研究，最终确定有机弱酸柠檬酸作为再生剂。此外，静态浸渍实验研究了再生剂浓度、固液比和解毒时间对树脂中毒素去除率的影响。添加表面活性剂以提高再生剂渗透和与污染物结合的能力。评估了柠檬酸和CTAB的协同效应（金属溶解和胶体分散），以改进并建立一种更高效、环保和经济的解毒技术。

实验仪器和设备

电感耦合等离子体发射光谱仪（ICAP-7400，Thermo Fisher Scientific China Co., Ltd.），扫描电子显微镜（NNS-450，FEI Company，荷兰），傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet-460，Thermo Fisher Scientific，美国），总有机碳分析仪（Vario TOC select，Elementar，德国），比表面积分析仪（BSD-PSM，Best Instrument Co., China）。GENESY10S可见光分光光度计，Thermo Fisher Scientific，美国。ION SPUTTER COATER（ISC150）

吸附原料中主要成分的分析

表1显示了实验中收集的浸出液主要成分的分析结果。对浸出液的特点与酸浸出铀提取过程进行了对比分析。在当前的铀提取过程中，浸出液中含有较高水平的硫酸盐、铁、铝、氟等离子。当这些离子通过树脂吸附塔时，会被树脂以某种形式吸附。

结论

本研究提出了一种选择解毒剂和表面活性剂的策略，以协同再生受Fe和F等污染物污染的树脂。选择标准包括吸附容量、回收率、污染物去除效率、比表面积以及树脂的机械强度。批量测试结果表明，柠檬酸和表面活性剂作为再生剂的协同应用非常有效。

未引用参考文献

[40]

CRediT作者贡献声明

田叶：撰写 – 审稿与编辑，方法学研究。杜一多：可视化处理，监督，实验研究，数据分析。华蓉：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金筹集。苏学斌：监督，项目管理，方法学研究，概念构思。吴一晨：撰写 – 审稿与编辑，方法学研究，实验研究，数据分析。彭玉凯：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，方法学研究，实验研究，数据分析，数据整理。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本项目得到了国家自然科学基金（22566001）、江西省自然科学基金（20232ACB203014）、国家铀资源勘查开采与核遥感重点实验室（华东理工大学）自主部署项目（2025QZ-YZZ-04）、核技术研发计划（HNKF202311(48）以及华东理工大学研究生创新基金（YC2024-S493）的支持。