水泥离子侵蚀规律及其对Cs^(+)的吸附

水泥是放射性废物处置库建设的必需材料;作为第一道屏障在阻滞放射性核素迁移上发挥着重要作用.在处置库长期的服役过程中,水泥难免会被地下水中的SO_(4)^(2-)与Cl^(-)侵蚀,破坏其微观结构,改变其对放射性核素的滞留性能,从而危害处置库安全.为考察SO_(4)^(2-)与Cl^(-)侵蚀对水泥的影响,研究了水泥离子侵蚀规律及其对Cs^(+)的吸附性能.通过XRF、FT-IR、SEM、BET等多种表征手段探究了离子侵蚀前后水泥物化性质的变化,结果表明SO_(4)^(2-)、Cl^(-)分别与水化产物反应生成钙矾石、Friedel盐等膨胀产物,离子侵蚀后,水泥的比表面积及孔隙率增加;随着离子侵蚀程度的持续增加,侵蚀产物在孔隙内堆积降低了孔体积及比表面积.吸附实验结果表明,水泥净浆对Cs^(+)的吸附量为14.83μg·g1,5%的SO_(4)^(2-)、Cl^(-)侵蚀将水泥对Cs^(+)的吸附量分别提升至63.17μg·g^(-1)、82.29μg·g^(-1).吸附动力学及吸附等温模型拟合结果表明,离子侵蚀前后水泥吸附Cs^(+)均为单层化学吸附,离子侵蚀并未改变水泥吸附Cs^(+)的机理.

C50混凝土的制备及其对Cs^(+)、Ni^(2+)的吸附性能研究

为研究处置库屏障材料混凝土对放射性核素的阻滞能力,制备了C50混凝土材料并研究其对放射性核素的吸附能力。发现屏障材料C50混凝土主要由含钙和铝的硅酸盐矿物组成,其在微观尺度下呈现不规则多面体与板层结构,比表面积为2.786 m^(2)·g^(-1),且具有较强的非定形特征。通过吸附试验,发现实验条件下C50混凝土对Cs^(+)、Ni^(2+)具有较好的吸附能力,达到平衡后对Cs^(+)的K_(d)值达到19.400 L·mg^(-1),吸附容量达到0.316 mg·g^(-1);吸附Ni^(2+)的K_(d)值达到465.142 L·mg^(-1),吸附容量达到96.375 mg·g^(-1)。随着Cs^(+)、Ni^(2+)初始浓度的增大,C50混凝土对Cs^(+)的K_(d)值逐渐减小后趋于稳定,对Ni^(2+)的K_(d)值逐渐减小后稳定增大,吸附容量均逐渐增大。通过环境因素影响试验,发现实验条件下pH对C50混凝土吸附Cs^(+)的影响相对较小,C50混凝土对Ni^(2+)的能力随着pH上升而增大。不同离子对Cs^(+)抑制作用由大到小的顺序依次为:K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-)、NO_(3)^(-),随着温度的升高,C50混凝土对Cs^(+)的吸附能力缓慢减小;对Ni^(2+)抑制作用从大到小的顺序依次为:Mg^(2+)、Ca^(2+)、SO_(4)^(2-)、CO_(3)^(2-)。Ni^(2+)的吸附能力随着温度上升缓慢增大。研究结果可为处置库的建设提供基础数据支持。

粉煤灰制备SOD型沸石及其对Cs^+的吸附特性研究

利用工业废物粉煤灰为原料,在传统碱熔-水热法中引入脱硅工艺合成SOD型沸石,通过X射线衍射和扫描电镜进行表征,并研究了在不同条件下合成沸石对Cs^+的吸附特性。采用静态平衡实验方法获得Cs^+的吸附实验数据,考察不同因素对Cs^+吸附量的影响。结果表明,合成沸石的吸附性能比原状粉煤灰有了显著提高,当初始浓度为200 mg/L时,其对Cs^+的吸附率仍能达到80%以上;吸附量随着pH的增加先增大后减小,最适pH为10;离子强度的增加将抑制吸附行为;提高初始浓度有利于吸附量的增大,但须通过调节固液比兼顾吸附量与吸附率的关系;以Langmuir方程拟合得到理论最大吸附量为28.53 mg/g。合成沸石对Cs^+的吸附能力相比原状粉煤灰有显著提高,通过考察离子强度对吸附行为的影响可推测Cs^+与合成沸石形成外层表面络合物。

沸石对放射性核素Cs^+,Sr^(2+)的吸附阻滞作用

通过对新疆乌鲁木齐浅水河地区沸石的物化性质和工程特性(包括阳离子交换容量、孔结构、粒度组成、击实密度、渗透系数等)、活化处理以及对放射性核素C s+,S r2+吸附性能的研究,结果表明:该沸石的阳离子交换容量(CEC)达到97.9 m eq/100 g,在中性条件下最高为195.4 m eq/100 g;击实后的渗透系数为8.7×10-4m/s。沸石对溶液中的C s+,S r2+吸附量分别达到162.6×1-0 3和74.9×1-0 3,吸附效果优于内蒙高庙子膨润土矿。经过钠改性和铵改性处理后的沸石,对C s+的吸附量有不同程度的提高,最高达234.5×1-0 3;但对S r2+的吸附效果影响不大。溶液pH值对C s+,S r2+的吸附量有明显影响,中性和碱性环境更有利于沸石吸附作用的进行。

几种矿物材料对Cs^+吸附性能的研究

通过几种矿物材料对Cs+吸附性能的研究,采用间歇法对优选出的合成沸石(ZF)研究其在不同环境条件下(浓度、温度、pH、模拟地下水)对Cs+的吸附性能,为评价中低放核废物处置效果提供一些参考数据。结果表明,ZF对Cs+的平衡吸附容量随Cs+溶液浓度的升高而增大,平衡吸附比随Cs+溶液浓度的升高而降低;平衡吸附容量、平衡吸附比随水相温度的升高而降低;在pH=5~9范围内,pH值对其吸附性能影响不大,但当pH=11时,ZF的吸附性能发生了明显的下降;在不同模拟地下水中,ZF的吸附性能随模拟地下水中化学组成不同而不同;其吸附平衡时间大约在10~15 d。

木纤维对Sr^(2+)和Cs^+的吸附性能及机理研究

采用间歇法研究了木纤维对Sr2+、Cs+的吸附作用,探讨了木纤维的粒度、溶液的pH、不同介质、吸附时间、温度及木纤维用量等因素对Sr2+、Cs+吸附效果的影响,并用准2级动力学模型、扫描电镜、红外光谱及能谱图分析了吸附机理。结果表明,在室温、木纤维用量为0.2 g、浓度分别均为0.5 mmol·L-1的Sr2+、Cs+溶液50 mL、pH为5.0、振荡吸附时间分别为120和60 min的条件下,Sr2+的吸附去除率达到82.4%,Cs+则只有25%;木纤维对Sr2+、Cs+的吸附使表面形态发生变化,其吸附动力学行为符合准2级吸附速率模型(R2分别为0.999 9和1.000);与Sr2+、Cs+相互作用的基团主要是羟基、碳氢键、碳碳双键和亚甲基,木纤维吸附Sr2+、Cs+的过程中存在离子交换。因此,木纤维对Sr2+、Cs+的属于物理和化学混合吸附类型。

果胶/AMP-Zn微球的制备及对Cs^+的吸附性能

采用溶胶-凝胶法,以Zn2＋为交联剂,将磷钼酸铵（AMP）通过静电注射装置包埋于果胶中,制备了果胶/AMP-Zn微球吸附剂,用于放射性废水中Cs^＋的去除。系统探讨了不同pH、吸附剂质量、接触时间、Cs^＋质量浓度、温度及共存离子对果胶/AMP-Zn去除Cs^＋的影响,并利用SEM、FTIR和XPS分析了吸附机理。结果表明：果胶/AMP-Zn可在pH=3-11内使用,耐酸碱性能良好,且在25℃、pH=5、Cs^＋质量浓度为120 mg/L、吸附剂质量为0.05 g、接触时间为330 min的条件下,吸附剂的吸附量为41.837 mg/g;共存离子K＋、Na^＋、Li^＋、Ca^2＋和Mg2＋对Cs^＋的吸附影响不大,说明该吸附剂具有较好的吸附选择性;热力学和动力学研究结果表明：此吸附过程符合Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型,且是一个自发放热的过程。果胶/AMP-Zn吸附Cs^＋的吸附机理可能是Cs^＋与AMP上的NH4＋发生离子交换作用。

新型Ni-Fe(Ⅱ)普鲁士蓝/碳纳米管海绵去除Cs^+的研究

结合模板法和原位生长法制备了新型吸附与离子交换性能兼备的Ni-Fe(Ⅱ)普鲁士蓝/碳纳米管海绵,并通过稳定同位素铯模拟放射性核素研究了材料对Cs+的去除效果。实验结果表明:复合材料很好地复制了聚氨酯海绵的三维开架多孔结构,在孔壁上沉积了大量碳纳米管,并在其表面生长了具有优异离子交换性能的Ni-Fe(Ⅱ)普鲁士蓝纳米颗粒,其占样品总量的1.38%。对Cs+的去除实验结果表明:Ni-Fe(Ⅱ)普鲁士蓝/碳纳米管海绵对Cs+有良好的去除能力;全谱等离子直接光谱仪(ICP)元素分析和穆斯堡尔谱研究表明,Ni-Fe(Ⅱ)普鲁士蓝中的K+与Cs+间发生了离子交换反应,材料对Cs+的吸附容量为698μg/g。

累托石对模拟核素Sr^(2+)、Cs^+、Co^(2+)的吸附性能研究

分析湖北钟祥杨榨累托石矿床的累托石土样的基本物化特性的基础上,进行了累托石对模拟核素Sr2+、Cs+、Co2+的静态吸附性能的研究。实验表明,累托石的阳离子交换容量(CEC)为36.04 mmol/100 g,胀缩度为23.89%,渗透系数为6.94×10-8cm/s。在中性条件下,累托石对模拟核素Sr2+、Cs+、Co2+的平衡吸附量分别为70,48,20 mg/g。累托石对核素的吸附量会随着吸附时间的增加而逐渐趋于稳定。弱碱性条件下累托石的吸附效果更好。

碱矿渣水泥固化模拟高放废液提高Cs^+抗浸出性能的研究

研究了模拟高放废液加入NiSO4 和K4 [Fe(CN) 6 ]预处理经碱矿渣水泥固化后Cs+ 的抗浸出性能。实验结果表明 ,NiSO4 与K4 [Fe(CN) 6 ]反应生成的亚铁氰化钾镍在很宽的酸度、温度范围内对铯的离子交换是个较快的过程 ,且选择性高、稳定性好 ;经预处理的废液碱矿渣水泥固化体的抗Cs+ 浸出性能得到明显提高 :采用GB 70 2 3 86方法 ,在 2 5℃ ,第 42d ,Cs+ 浸出率为未经预处理的固化体的 3 .2 4% ,达到 1 0 - 6 cm·d- 1;采用MCC 1方法 ,90℃ ,第 2 8d ,Cs+ 浸出率为未经预处理的 4.85 % ,达到 1 0 - 4g·cm- 2 ·d- 1。

Cs^+取代的Keggin型杂多酸上丙烷选择氧化制丙烯酸的研究

以沉淀法制备了不同数目Cs+取代的杂多酸HxCs3-xPMo12O40(x=0-3),以及部分Cs+取代的十二磷钨酸Cs2 5H0 5PW12O40,考察了铯离子取代数以及杂多酸不同结构原子对丙烷选择催化性能的影响。对磷钼系列杂多酸,当Cs+取代数为2 5时,样品具有最高的催化活性,而对磷钨杂多酸,Cs+取代对目标反应产物不显活性。最佳平衡离子取代还可显著改变催化剂的比表面积与结构稳定性,也改变了性能 反应温度的相互关系,从而对催化性能产生直接影响。如何抑制丙烯、丙烯酸(包括丙烯醛)的深度氧化是提高丙烯酸选择性及收率的关键。

酸热活化累托石黏土对Sr^(2+)、Cs^+、Co^(2+)的吸附特性研究

累托石黏土的阳离子交换容量(CEC)为0.36mol/g,吸蓝量为0.574mol/g,胀缩度为23.89%,渗透系数为6.94×10-8cm/s。1.0mol/L盐酸活化累托石黏土对Sr2+、Cs+、Co2+的吸附量较大,分别为46.2、96.9、33.8mg/g。350℃热活化2h的累托石黏土对Co2+的吸附量为50.8mg/g,对Cs+的吸附容量为75.6mg/g,但对Sr2+的吸附量较酸活化样品及原矿的稍小。酸热活化累托石黏土对Sr2+、Cs+、Co2+的吸附量随吸附时间的延长而逐渐增大,但24h吸附基本趋于平衡。从吸附性和渗透系数分析,累托石黏土是一种较好的阻滞材料。

白钙沸石的制备及其对Cs^+、Sr^(2+)离子的吸附性能

通过水热合成法,制备了白钙沸石,同时研究了合成矿物对于Cs+和Sr2+的离子吸附性能。研究表明,采用氧化钙、氧化硅、氧化铁、氧化镁和氧化铝作为原料,适当配比,在240℃、保温7天水热反应条件下,可制得白钙沸石以及掺杂白钙沸石。白钙沸石对Sr2+的吸附性能优于对Cs+的吸附性能。掺杂一定量的Mg2+、Al3+或Fe3+可以改善白钙沸石的吸附性能。

细胞外Cs^+对内向整流钾通道(IRK1)的作用

采用双微电极电压箝(TEV)法研究Cs +对非洲爪蟾卵母细胞表达的内向整流钾通道(IRK1)的作用及其机制。细胞外Cs+ 造成的IRK1内向电流的失活是Cs+ 浓度、K+ 浓度、时间和电压依赖性的,因此Cs+ 一直被认为是IRK1的一种效率最大的快速通道阻断剂之一 ;当细胞外K+浓度为10mmol/L和90mmol/L时 ,电场分数δ分别为0.912±0.065和0.833±0.062 ,说明Cs +的作用位点随K+ 浓度的减少进入通道更深的地方。细胞外Cs+ 浓度增加或K+ 浓度减少可加快失活过程。因此只有在细胞外Cs+ 浓度减少至10μmol/L与K+ 浓度增加至90mmol/L时 ,Cs+ 造成的IRK1内向电流的失活程度最小 ,只有此时才可观察到细胞外Cs +时间依赖性和电压依赖性增加IRK1的瞬间内向电流(施加电压后1ms)的作用。使用三个指数拟合外推的分析结果表明 :细胞外Cs+ 对IRK1的瞬间内向电流(施加电压后0.5ms)增加作用更明显。细胞外Cs+ 对IRK1的外向电流几乎无作用 ;因为在细胞外加入Cs+ 后反转电位仅变化0.367±1.167mV ,所以IRK1对Cs+不通透。结论 :Cs +不只是IRK1的一快速的通道阻断剂 ,细胞外Cs+还可在增大IRK1内向电流的同时使作用的时程缩短。

Cs^+:RbTiOPO_4晶体的铁电相变和电导特性

在二元体系RbTiOPO4 CsTiPO5中通过助熔剂法生长出不同Cs+ 掺杂浓度的Cs+ :RbTiOPO4晶体 ,X射线粉末衍射确定所获晶体的物相为斜方晶系Pna2 1型 ,研究了晶体的铁电相变及离子电导等物理性质 。

矿物材料对Cs^+的吸附性能研究

采用连续法研究了3种矿物材料对Cs+的吸附性能,为评价中低放核废物处置效果提供一些参考依据。实验表明:4A沸石对Cs+的平衡吸附量为271 mg/g,沸石对Cs+的平衡吸附量为195 mg/g,凹凸棒石对Cs+的平衡吸附量为22 mg/g;单位质量4A沸石处理0.005 mol/L Cs+溶液的能力最强,沸石稍次于4A沸石,凹凸棒石最弱;4A沸石对Cs+的阻滞效果最好,沸石略次之,凹凸棒石最差。Cs+在沸石柱中的迁移速率最小,其次是凹凸棒石柱,再其次是4A沸石柱。

改性硅藻土负载亚铁氰化铜复合物的制备及其对Cs^(+)的吸附性能

采用水热法、以氯化铝为铝源对硅藻土(De)进行改性,通过浸渍法将亚铁氰化铜(KCu HCF)纳米颗粒负载于改性De表面,制备出γ-Al OOH/De-KCu HCF和γ-Al_(2)O_(3)/De-KCu HCF两种复合吸附剂,对所制备的吸附剂进行了表征,并研究了其对Cs^(+)的吸附性能。结果表明,所制备吸附剂具有优异的Cs^(+)吸附性能,γ-Al OOH/De-KCu HCF和γ-Al_(2)O_(3)/De-KCu HCF最高吸附容量分别可达75.44、84.02 mg·g^(-1),γ-Al_(2)O_(3)/De-KCu HCF对模拟卤水中Cs^(+)的吸附率高达97.55%;以3 mol·L^(-1)NH_(4)NO_(3)为脱附剂,经3级连续脱附后,γ-Al_(2)O_(3)/De-KCu HCF的Cs^(+)脱附率可达81.88%,经过5次吸附-脱附循环后仍保持了较高的吸附量。

新疆膨润土对Sr^(2+)、Cs^+的吸附性能的研究

采用间歇法研究在不同环境条件下(浓度、固液比、温度、pH值、介质),新疆膨润土(简称XJ)对Sr2+、Cs+的吸附性能影响。结果表明:XJ对Sr2+、Cs+的吸附性能比较好,当Sr2+、Cs+浓度为0.01mol/L时,XJ对Sr2+、Cs+的吸附平衡时间约在7天左右,平衡吸附量分别为40mg/g、129mg/g。Sr2+、Cs+的浓度和不同固液比对XJ的吸附性能影响比较大,其次是不同介质、溶液的pH值和溶液的温度。

冠醚离子液体萃取分离水溶液中Rb^+和Cs^+

合成了1-丁基-3-乙酰基苯并21冠7双三氟甲磺酰亚胺盐、1-己基-3-乙酰基苯并21冠7双三氟甲磺酰亚胺盐和1-辛基-3-乙酰基苯并21冠7双三氟甲磺酰亚胺盐3种不同烷基链长的冠醚离子液体([C_n(benzo21C7)AIm]NTf_2,n=4,6,8,简称为C_n-CrownIL)。将合成的冠醚离子液体与1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺离子液体([C_4MIm]NTf_2)混合,构建了C_n-CrownIL/[C_4MIm]NTf_2复配系统。结果表明,C_n-CrownIL/[C_4MIm]NTf_2对水溶液中的Rb^+和Cs^+具有非常高的萃取能力,即使溶液中Rb^+和Cs^+质量浓度低至10 mg/L,萃取剂对Rb^+和Cs^+仍保持高达97%以上的萃取率。吸附Rb^+和Cs^+的萃取剂可利用稀硝酸洗脱而实现重复利用,5次循环后,萃取剂对Rb^+和Cs^+的萃取率依然可达90%。理论计算表明,C_4-CrownIL/[C_4MIm]NTf_2萃取Rb^+和Cs^+依赖的是冠醚单元中的O原子与Rb^+和Cs^+之间较强的络合作用,冠醚空腔大小与Rb^+和Cs^+的离子半径高度匹配是C_4-CrownIL/[C_4MIm]NTf_2优先萃取Rb^+和Cs^+的重要原因。

杯芳烃双冠醚萃淋树脂对Cs^(+)的吸附性能

利用真空灌注技术合成了萃淋树脂B4DC6/P120,并利用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)等手段对材料进行了表征。通过静态吸附实验,研究了接触时间、HNO_(3) 浓度、温度和共存离子对B4DC6/P120吸附Cs^(+)性能的影响,并通过动态吸附实验研究B4DC6/P120对Cs^(+)的穿透曲线。结果表明:B4DC6/P120对Cs^(+)的吸附平衡时间约为24 h,吸附过程符合准一级动力学方程;吸附性能随着酸度的升高先增大后减小;升温有利于吸附;该吸附剂对Cs^(+)具有较高的吸附性能和选择性,对大部分离子分离因子大于10。B4DC6/P120对Cs^(+)的动态去除结果表明,其对Cs^(+)具有良好的吸附性能,可用于去除放射性废水中Cs^(+)。