笔者研究了纳米级零价铁对含铀(Ⅵ)废水中铀的去除效果，考察了纳米级零价铁投加量、pH 及竞争离子等因素对处理效果的影响，以期为使用该方法工业化处理含铀废水提供参考。
1 实验部分
1.1 实验材料
仪器：MUA 型微量铀分析仪，北京羽纶科技有限责任公司;pHS-3A 型数字酸度计，厦门第二分析仪器厂;78HW-1 型恒温加热磁力搅拌器，杭州仪表电机有限公司。
试剂：纳米级零价铁，自制。
实验用水：含铀(Ⅵ)模拟废水，铀(Ⅵ)质量浓度为10 mg/L。
1.2 实验方法
称取一定量的纳米铁，置于含铀(Ⅵ)模拟废水中，在不同的反应条件(纳米铁投加量、pH、反应温度、杂质离子等)下进行实验，反应一定时间后，测定反应后溶液中的铀(Ⅵ)质量浓度，计算铀去除率。
1.3 分析方法
铀浓度采用MUA 型微量铀分析仪进行测定。
2 结果与讨论
2.1 纳米铁投加量对处理效果的影响
在200 mL 初始质量浓度为10 mg/L 的含铀(Ⅵ)模拟废水中投加不同质量的纳米铁，在反应温度为30 ℃、pH=5 的条件下，考察纳米铁投加量对处理效果的影响。
在最初的10 min 内，随着纳米铁加入量的增加，反应速率增大，这是因为随着纳米铁投加量的增大，溶液中纳米铁的表面积亦增大，吸附和反应活性位增多，因而反应速率加快。但是当纳米铁投加量>4.0 g(20 g/L)时，60 min 后铀去除率没有较大变化，均约为99%。为了能使后续实验中的零价铁保持过量状态，确定纳米铁投加质量浓度为 30.0 g/L。
2.2 废水初始pH 对处理效果的影响
在含铀(Ⅵ)废水初始质量浓度为10 mg/L，纳米铁投加质量浓度为30.0 g/L ，反应时间为60 min，反应温度为30 ℃的条件下，考察废水初始pH 对处理效果的影响。
当pH 为3~5 时，纳米铁对铀的去除率较高，这说明弱酸性条件有利于纳米铁对铀(Ⅵ)的还原。这是由于当pH 为3~5 时，废水中的铀主要以铀(Ⅵ)存在〔3〕，而纳米铁去除铀(Ⅵ)的主要机理为纳米铁把铀(Ⅵ)还原为铀(Ⅳ)。
当pH>7 时，铀去除率很低，一方面是由于此条件下铀的存在形态不利于反应的进行; 另一方面是由于在碱性条件下，纳米铁表面易氧化生成氢氧化铁或碳酸铁钝化层，使纳米铁的反应活性降低，不利于还原反应的进行。
2.3 温度对处理效果的影响
在含铀(Ⅵ)废水初始质量浓度为10 mg/L，pH= 5，纳米铁投加质量浓度为30.0 g/L，反应时间为 60 min 的条件下，考察温度对处理效果的影响。
随着溶液温度的升高，纳米铁对铀的去除率没有明显变化，铀去除率均约为 99%，根据这种现象可以推测，反应不受溶液温度的影响，在实际处理过程中可以不考虑溶液的温度。
2.4 杂质离子对处理效果的影响
在pH=5，纳米铁投加质量浓度为30.0 g/L，温度为室温，反应时间为60 min 的条件下，在200 mL 初始质量浓度为10 mg/L 的含铀(Ⅵ)模拟废水中选择加入10 mmol/L 的杂质离子，考察其对处理效果的影响。
阳离子中，Na+对铀去除率没有影响，而Mg2+、Ca2+和Al3+的存在可使铀的去除率有细微的提高。这可能是由于Mg2+、Ca2+、Al3+产生的少量的氢氧化物对铀有一定的吸附，导致铀去除率有一定的增大。
阴离子中，Cl-对铀去除率基本没有影响，SO42- 在一定程度上抑制了铀的去除，而H2PO4 - 、CO32- 则显著影响铀的去除，导致铀去除率从99%降为89% 左右。这可能与离子竞争有关，Cl-是一价离子，对UO22+ 竞争能力很弱;SO42- 、CO32- 是二价离子，而 H2PO4 -电离后以三价离子存在，其具有较强的离子竞争能力，因此会显著影响铀的去除。
2.5 纳米铁与普通铁对铀(Ⅵ)的还原效果比较
在相同的实验条件下，分别取2.0 g 普通铁及纳米铁，使其分别与初始质量浓度为10 mg/L 的模拟含铀(Ⅵ)废水于pH=5 下进行反应，对测得的实验数据按一级反应动力学规律拟合，求得反应速率常数。
在相同条件下，纳米铁对铀(Ⅵ)的去除率明显高于普通铁粉，纳米铁还原铀(Ⅵ)的速率常数比普通铁提高了约15 倍。这主要是因为纳米铁的比表面积远远高于普通铁粉，在溶液中易形成悬浮的胶体，与UO22+反应更充分。
3 结论
(1)pH 对铀(Ⅵ)去除率影响显著，弱酸性条件有利于铀(Ⅵ)的去除;碱性条件下，因纳米铁表面发生钝化而使铀(Ⅵ)去除率大大降低。
(2)常见的阳离子对铀(Ⅵ)去除率没有明显影响，但二价阴离子SO42-、CO32-对铀(Ⅵ)去除率影响显著。
(3)在相同条件下，纳米铁对铀(Ⅵ)的去除效果明显优于普通铁粉，还原速率常数比普通铁粉提高了15 倍。
