近年來，隨著核工業(yè)的迅猛開展，鈾礦資源的開采力度逐年增加，所產(chǎn)生的放射性廢水、廢氣和廢渣也大量增加。依據(jù)核工業(yè)近30年的輻射環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，鈾礦山放射性液態(tài)流出物年均排放量大約為1.5×1011Bq。在我國鈾尾礦滲濾液中，鈾的質(zhì)量濃度通常為0.4~23mg/L，廢石滲濾液中，鈾的質(zhì)量濃度通常為0.03~5mg/L，礦坑水中鈾的質(zhì)量濃度為0.01~11mg/L。徐樂昌等對(duì)我國南方某鈾尾礦庫的滲濾液實(shí)施了長(zhǎng)達(dá)1a的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯現(xiàn)，滲濾液中鈾的均勻質(zhì)量濃度高達(dá)12.2mg/L，而我國《污水綜合排放規(guī)范》規(guī)則廢水中鈾的限值為0.05mg/L，假如長(zhǎng)期飲用含鈾水，鈾便會(huì)在人體內(nèi)富集，進(jìn)而對(duì)人體形成傷害。同時(shí)，從工業(yè)廢水中濃縮、提取鈾作為核燃料也具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　含鈾廢水，特別是低濃度含鈾廢水，主要來源于鈾礦開采過程，以及核電站、實(shí)驗(yàn)室和工廠等含鈾廢水的排放。鈾在廢水中的存在形態(tài)根本相似，主要以U(Ⅳ)和U(Ⅵ)的金屬化合物和氧化物共存。U(Ⅳ)可與無機(jī)碳構(gòu)成比擬穩(wěn)定的絡(luò)合物，進(jìn)而構(gòu)成沉淀得以去除，而U(Ⅵ)通常以UO22+的方式存在，溶解性較好，較難去除。去除廢水中的鈾主要是指U(Ⅵ)及其化合物。

　　目前，常見的別離、富集環(huán)境中鈾的辦法有：混凝沉淀法、蒸發(fā)濃縮法、離子交流法、吸附法、膜萃取法等。其中膜萃取法是一種新型別離工藝，由于其具有共同優(yōu)勢(shì)逐步成為萃取范疇的研討熱點(diǎn)。膜萃取又稱為固定膜界面萃取或膜基溶劑萃取，是膜別離與液-液萃取這2種處置工藝相分離的新型別離技術(shù)。膜萃取過程作為一種新型別離技術(shù)，與傳統(tǒng)別離技術(shù)相比具有其共同的優(yōu)勢(shì)：膜萃取傳質(zhì)過程發(fā)作在微孔膜外表或孔道中，能夠減少萃取劑在料液相中的夾帶損失，降低萃取劑物性請(qǐng)求，拓寬萃取劑選擇范圍，萃取過程防止了野返混冶現(xiàn)象的影響，打破了“液泛”條件的限制，可采用極高的水油比，特別關(guān)于低濃度含鈾工業(yè)廢水處理等。

　　本研討主要經(jīng)過引見乳狀液膜、中空纖維膜和聚合物容納膜在含鈾廢水中的萃取工藝和相關(guān)機(jī)理的研討現(xiàn)狀，總結(jié)了膜萃取技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和存在的問題，為進(jìn)一步開展膜萃取在含鈾廢水中的應(yīng)用提供重要根據(jù)，相關(guān)結(jié)果也能夠?yàn)槠渌ぽ腿∵^程提供參考。

　　一、乳狀液膜法

　　20世紀(jì)60年代初期，C.E.Rogers研討反浸透脫鹽時(shí)發(fā)現(xiàn)了具有別離選擇性的人造膜。他將mg/L級(jí)別的聚乙甲醚參加鹽水中，結(jié)果在醋酸纖維膜和鹽溶液的界面上構(gòu)成了一張液膜，固然鹽的浸透量降落，但選擇透過性卻顯著增加。后由美國科學(xué)家黎念之于20世紀(jì)60年代初次提出乳狀液膜技術(shù)，在過去的50多年中，乳狀液膜法不斷是膜萃取范疇的研討熱點(diǎn)，乳狀液膜體系見圖1。

　　乳狀液膜技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、傳質(zhì)速率高、經(jīng)濟(jì)及節(jié)能等特性，特別在低濃度溶液處置方面得到普遍研討。陳偉等對(duì)乳狀液膜技術(shù)別離、回收金屬離子實(shí)施了綜述，簡(jiǎn)單引見了含鈾廢水處置的常用辦法，并經(jīng)過比擬闡明了乳狀液膜處置含鈾廢水的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用前景。P.S.Kulkarni等研討了運(yùn)用乳狀液膜法從稀水溶液中萃取鈾的辦法，分別將TOPO、Span80和碳酸鈉分別用作載體、外表活性劑和反萃劑，萃取后有機(jī)相中鈾的濃度是水相的6倍。夏良樹等運(yùn)用乳狀液膜技術(shù)回收處置含鈾溶液，討論了最佳的萃取條件，結(jié)果標(biāo)明，當(dāng)P204和液體石蠟的體積分?jǐn)?shù)分別為10%和5%、內(nèi)水相鹽酸濃度為4mol/L、水乳比為5時(shí)，鈾的萃取率可到達(dá)99%以上。還從熱力學(xué)角度對(duì)回收富集鈾的膜傳輸過程實(shí)施了剖析(△G<0)，闡明外水相中的鈾可自發(fā)向內(nèi)水相遷移。P.S.Kulkarni應(yīng)用三磷酸三辛酯和以碳酸鈉為根底的液體膜從酸性廢水中回收鈾，酸性廢水中包含600mg/L的U(Ⅵ)、360mg/L的Fe(Ⅲ)、325mg/L的Ca(Ⅱ)和390mg/L的Mg(Ⅱ)，結(jié)果標(biāo)明，在恰當(dāng)條件下鈾的提取率高于70%，最終萃余液中含有U(Ⅵ)的質(zhì)量濃度低于50mg/L，且對(duì)其他金屬離子簡(jiǎn)直沒有任何影響，標(biāo)明乳狀液膜技術(shù)具有高度的選擇性。李民權(quán)等應(yīng)用TBP要加氫煤油和外表活性劑與0.001mol/L硝酸在激烈攪拌下制成油包水型乳狀液膜，用于廢水中鈾的萃取，萃取率為95%~96%，連續(xù)處置10L廢水仍未見性能發(fā)作明顯變化，由此可知乳狀液膜具有較高的穩(wěn)定性。

　　孫志娟等對(duì)液膜別離機(jī)理實(shí)施了歸結(jié)，主要可分為：(1)液膜的選擇透過性，(2)在液膜外表/體內(nèi)發(fā)作的化學(xué)反響，(3)液膜包裹內(nèi)發(fā)作的化學(xué)反響，(4)膜內(nèi)相實(shí)施的萃取作用，(5)膜相界面的選擇性吸附。膜的選擇透過性和傳質(zhì)速率是決議膜別離過程的2個(gè)根本要素：選擇透過性主要由膜資料所控制，傳質(zhì)速率由多種要素共同決議，包括內(nèi)水相的選擇、外水相被萃物的濃度、外水相pH和活動(dòng)載體濃度水乳比等。液膜別離鈾的傳質(zhì)過程見圖2。

　　目前液膜萃取過程中主要存在制乳、破乳工藝復(fù)雜、液膜不穩(wěn)定等問題，限制了其大范圍的工業(yè)應(yīng)用，未來在載體挑選、液膜體系構(gòu)成和膜制備過程等方面仍需求愈加深化的研討。

　　二、中空纖維膜法

　　中空纖維膜是由含載體的有機(jī)相附著在多孔惰性聚合物上構(gòu)成的人工薄膜。中空纖維膜呈現(xiàn)自支撐構(gòu)造，不需求其他物質(zhì)提供機(jī)械強(qiáng)度，而且具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、組件體積小及單位體積內(nèi)膜面積較大等優(yōu)點(diǎn)，制備工藝簡(jiǎn)單，重現(xiàn)性較好，因而容易完成工業(yè)應(yīng)用。這種薄膜置于料液相和反萃取相之間，構(gòu)成萃取與反萃取同時(shí)實(shí)施的新型別離技術(shù)。從1986年開端，戴猷元等便開端選用具有工業(yè)背景的體系對(duì)中空纖維膜萃取過程實(shí)施了研討，實(shí)驗(yàn)采用槽式膜萃取器和中空纖維膜器研討了幾種疏水性膜在萃取中應(yīng)用的性能。

　　與傳統(tǒng)的萃取過程相比，膜萃取增加了傳質(zhì)阻力，使總傳質(zhì)系數(shù)減小。X.B.Sun等運(yùn)用中空纖維膜實(shí)施了二(2-乙基己基)磷酸(HDEHP)溶劑萃取U(Ⅵ)的動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，調(diào)查了水相中的U(Ⅵ)和氫離子濃度、有機(jī)相中的HDEHP濃度、水相和有機(jī)相的流速和溫度對(duì)U(Ⅵ)萃取率的影響，結(jié)果標(biāo)明，膜兩側(cè)擴(kuò)散速率是U(Ⅵ)萃取率的最主要影響要素。D.W.Kou等運(yùn)用中空纖維膜實(shí)施同時(shí)萃取、反萃取實(shí)驗(yàn)，研討了分配系數(shù)、溶劑極性和溶劑/水流速對(duì)富集系數(shù)和萃取效率的影響，結(jié)果標(biāo)明，萃取過程中溶劑損失對(duì)富集系數(shù)和萃取效率有顯著影響。A.W.Lothongkum等應(yīng)用協(xié)同萃取劑實(shí)施連續(xù)萃取，經(jīng)過支持液膜系統(tǒng)從獨(dú)居石加工副產(chǎn)物磷酸三鈉中別離鈾。實(shí)驗(yàn)研討了以D2EHPA、Cyanex923、TBP、TOA、Aliquat336為萃取劑對(duì)鈾的萃取效果，結(jié)果標(biāo)明，運(yùn)用Aliquat336與TBP協(xié)同萃取的效率明顯高于單一萃取劑。在中空纖維膜萃取中，料液相與有機(jī)相萃取相不直接混合，無乳化現(xiàn)象發(fā)作，萃取劑的選擇范圍大。

　　X.Sun等運(yùn)用中空纖維膜法以二(2-乙基己基)磷酸(HDEHP)要煤油為萃取體系處置含鈾(Ⅵ)廢水，結(jié)果標(biāo)明，萃取效率隨著萃取時(shí)間的增加而提升，當(dāng)萃取時(shí)間為30min時(shí)，萃取率可到達(dá)87%以上，并說明了在中空纖維膜萃取過程中的各影響要素對(duì)萃取效率的影響。趙軍等運(yùn)用絮凝沉淀與中空纖維膜組合工藝(CMF)處置含鈾、镅和钚的低濃度廢水，結(jié)果標(biāo)明，CMF工藝對(duì)含貧化鈾廢水的鈾回收率到達(dá)99%以上。

　　中空纖維膜法在金屬離子萃取、有機(jī)物萃取和醫(yī)療范疇等均取得較好的應(yīng)用，但中空纖維膜萃取過程仍有一些缺陷，比方由于引入了膜，增加了傳質(zhì)阻力，并且膜的壽命有限，容易形成污染，增加工藝本錢等。目前，針對(duì)不同的用處開發(fā)出相順應(yīng)的新型膜資料是中空纖維膜法的開展方向之一。隨著中空纖維別離膜技術(shù)的持續(xù)成熟，各項(xiàng)應(yīng)用局限逐步被處理，中空纖維膜法也將成為重要的別離工藝。

　　三、聚合物容納膜法

　　從液膜開展而來的聚合物容納膜(PIMs)最初是作為離子選擇性電極和光電探測(cè)器中的傳感元件，但由于其優(yōu)良的別離特性逐步惹起了廣闊科研人員的研討興味。聚合物容納膜是一種由萃取劑和根底聚合物構(gòu)成的固體膜，根底聚合物為容納膜提供了具有一定機(jī)械強(qiáng)度的骨架，并且能夠依據(jù)特定應(yīng)用選擇適宜的萃取劑、修飾劑和增塑劑等

　　聚合物容納膜的制備過程十分煩瑣，通常是將一切膜組分溶解于少量具有揮發(fā)性的溶劑中，依據(jù)應(yīng)用請(qǐng)求將溶液澆筑在特定外表上來制備聚合物容納膜。由于制備過程中不觸及有毒和揮發(fā)性有機(jī)溶劑，并且所需萃取劑的量比擬少，因而聚合物容納膜被以為是環(huán)境友好型工藝。M.I.G.S.Almeida等經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對(duì)聚合物容納膜和乳狀液膜實(shí)施了比照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，聚合物容納膜具有更好的穩(wěn)定性能，并且可反復(fù)運(yùn)用30次以上，而根本性能不會(huì)發(fā)作較大改動(dòng)。A.M.StJohn等運(yùn)用含2-乙基己基磷酸鹽的聚合物容納膜從硫酸鹽溶液中萃取鈾，實(shí)驗(yàn)比擬了Alamine336、Cyanex272、Aliquat336、D2EHPA、TBP等的萃取性能，結(jié)果標(biāo)明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的D2EHPA和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的聚氯乙烯的組合能夠完成最大鈾離子萃取效率，到達(dá)4.85×10-7mol/(m2?s)，闡明聚合物容納膜具有很高的萃取效率。

　　聚合物容納膜的另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)是在膜的兩側(cè)同時(shí)實(shí)施萃取反萃取，并能夠選擇適宜的萃取劑以完成看待萃物質(zhì)的選擇性萃取。A.M.StJohn等將以D2EHPA為根底的聚合物容納膜作為研討對(duì)象，對(duì)含鈾廢水實(shí)施了萃取研討，結(jié)果標(biāo)明，隨著D2EHPA濃度的提升，膜的傳質(zhì)速率顯著提升，隨著聚氯乙烯濃度的增加，膜的耐久性也隨之增加。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)水相中陰離子(硫酸根、氯離子等)的存在會(huì)顯著降低D2EHPA對(duì)U(Ⅵ)的萃取效率，同時(shí)，聚合物容納膜在其他金屬粒子也Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)等共同存在的狀況下，對(duì)鈾也有良好的別離選擇性。A.M.StJohn等經(jīng)過樹立從硫酸溶液中提取鈾(Ⅵ)的模型，提出了一種無量綱的初始通量，其與溶液體積、膜外表積和溶質(zhì)初始濃度無關(guān)，此結(jié)論也適用于其他膜別離系統(tǒng)，如含有支撐液體膜的膜別離系統(tǒng)。

　　由于聚合物容納膜能夠靈敏改動(dòng)組成成分，該膜具有普遍的應(yīng)用范疇和開展前景。但由于膜制備工藝不完善，且由于水質(zhì)的不同，需求的膜特性也不盡相同，聚合物容納膜在水處置方面未完成大范圍的工業(yè)應(yīng)用。將來聚合物容納膜的一個(gè)重要開展方向就是研制出萃取性能更好、穩(wěn)定性更強(qiáng)、也愈加靈敏的聚合物容納膜。

　　四、膜萃取處置含鈾廢水的開展方向與瞻望

　　目前，膜萃取處置含鈾廢水的研討工作主要盤繞2個(gè)方面實(shí)施。

　　(1)膜資料的開發(fā)及膜資料的浸潤(rùn)性能和膜孔溶脹問題對(duì)傳質(zhì)速率的影響。關(guān)于工業(yè)含鈾廢水，膜資料的穩(wěn)定性、浸潤(rùn)性等是完成膜萃取法處置工業(yè)含鈾廢水的必要前提，探求出愈加優(yōu)秀的膜資料能夠使鈾的萃取效率有很大幅度的提升。

　　(2)膜構(gòu)造的特征及其對(duì)傳質(zhì)效率的影響。膜外表的親/疏水性、膜孔徑、彎曲率等對(duì)含鈾廢水處置均有很大影響。依據(jù)萃取含鈾廢水的溶液性質(zhì)、萃取劑特性，選擇適宜的膜組件方式，并引入多種傳質(zhì)強(qiáng)化手腕提升傳質(zhì)效率和別離效率。

　　隨著高穩(wěn)定性、耐溶脹膜資料的呈現(xiàn)，分離萃取過程強(qiáng)化手腕，膜的穩(wěn)定性和萃取過程傳質(zhì)速率都將會(huì)得到有效提升，運(yùn)用膜萃取來別離低含鈾量廢水技術(shù)將逐步成熟并最終完成產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。