239Pu在高庙子膨润土中的吸附特征研究

通过静态吸附实验,研究了水相pH值、239Pu初始浓度、离子种类等因素对239Pu在高庙子膨润土中吸附行为的影响。吸附试验表明,239Pu在高庙子膨润土样品中的吸附平衡时间约为24 h,且其吸附分配比Kd值随pH值而增大,随239Pu的初始浓度增大而减小;而对于不同离子种类对239Pu在膨润土中的吸附:阴离子中CO32-对膨润土的吸附影响最大,吸附分配比Kd值最小,其次为HCO3-和SO42-,而Cl-和NO3-对膨润土的吸附基本没有影响。     

球形亚铁氰化镍钾聚丙烯腈吸附剂的制备及应用

制备了以聚丙烯腈（PAN）为骨架、亚铁氰化镍钾（KNiFC）为核心的球形复合吸附剂(KNiFC/PAN),并通过X射线衍射仪、金相显微镜和电感耦合等离子体质谱仪等手段对该吸附剂进行了分析表征。采用批式实验,研究了硝酸浓度、Na⁺、NH⁺₄、接触时间等对KNiFC/PAN吸附Cs⁺的影响,研究了吸附过程的反应动力学和吸附等温线。结果表明,该吸附剂对Cs⁺的典型吸附分配系数（K_d）为104~105 mL/g,平衡时间小于5 min;硝酸浓度小于1.0 mol/L时,K_d值基本不变,之后随酸度增加,K_d值逐步减小;随着Na⁺浓度增加K_d值逐步减小;NH⁺₄对Cs⁺的吸附有明显的竞争。KNiFC/PAN对Cs⁺的等温吸附较符合Langmuir模型,饱和吸附容量可达127 mg/g;吸附动力学符合准二级动力学模型;KNiFC/PAN对Cs⁺的吸附为化学吸附。柱实验表明,该吸附剂可用于柱实验,操作方便,可将低放废液净化至¹³⁷Cs活度浓度小于10 Bq/L,处理能力大于17 500倍床容积,可为低放废液的深度净化提供技术支持。     

~(125)I~-在高庙子膨润土上的吸附行为

通过批式吸附实验研究了溶液pH值、离子强度、温度、固液比等因素对~(125)I~-在高庙子膨润土上吸附行为的影响。结果表明,~(125)I~-在高庙子膨润土上的吸附受溶液pH值和离子强度影响显著,在中性和碱性条件下,~(125)I~-的吸附很弱,随着pH的降低吸附迅速增强并在pH=2.0出现最大值,之后随着pH继续降低,吸附迅速减小。在T=298K、pH=2.0、0.10mol/L NaClO_4背景电解质浓度下,~(125)I~-在高庙子膨润土上的最大吸附分配系数约为92mL/g。采用自动电位滴定技术测得高庙子膨润土的pH_(PZC)≈9.5,蒙脱石的pH_(PZC)≈10.5。温度对~(125)I~-在膨润土上的吸附无显著影响,Freundlich等温吸附模型更适合描述不同温度下~(125)I~-在高庙子膨润土上的吸附行为。     

Np在北山花岗岩裂隙填充物上的吸附行为

采用批式实验法在低氧条件下研究Np(Ⅴ)在北山花岗岩裂隙填充物上的吸附行为,探讨地下水pH、CO₃^2-、腐殖酸及裂隙填充物各组分等因素对吸附的影响。实验结果表明：裂隙填充物对Np(Ⅴ)有较强的吸附能力,吸附分配比K_d为843 mL/g;K_d随pH先增大后减小,当有CO₃^2-和腐殖酸存在时K_d减小;绿泥石和长石是北山花岗岩裂隙填充物吸附Np(Ⅴ)的主要贡献者。     

水相环境中pH对Pu在膨润土中吸附行为的影响

以高庙子膨润土和灵寿钙基膨润土、钠基膨润土、漂白土为吸附介质,通过静态模拟实验研究水相环境中pH对Pu在膨润土中吸附行为的影响特征。吸附平衡实验表明,高庙子膨润土对Pu的吸附平衡时间为4 d,漂白土、钙基膨润土、钠基膨润土为5～6 d。pH影响实验表明,水相环境中膨润土对Pu的吸附能力随着水相pH的增大而增大。酸性环境中膨润土对Pu的吸附能力极弱,碱性环境中吸附能力极强。     

U(Ⅵ)在缓冲回填材料高庙子膨润土胶体上的吸附

甘肃北山地区是目前我国高放废物地质处置库的重点预选场址,内蒙古高庙子膨润土为首选缓冲回填材料。在处置库安全评价中需要考虑可能存在的地下水侵蚀形成膨润土胶体负载核素迁移的情况。以产自内蒙古自治区兴和县高庙子矿区Ⅲ号矿层的膨润土为原料提取膨润土胶体,研究其稳定性,通过批式吸附实验研究了溶液pH、背景电解质浓度等对U（Ⅵ）在高庙子膨润土胶体上吸附的影响。结果表明：酸性条件下,高庙子膨润土胶体对U（Ⅵ）的吸附随pH上升而增强,吸附分配系数在pH≈7时达到峰值;碱性条件下,胶体对U（Ⅵ）的吸附则随pH上升而减弱;在本研究所选取范围内,背景电解质NaClO₄浓度对U（Ⅵ）在高庙子膨润土胶体上的吸附影响不大。     

90Sr在SuperLig®620固相萃取颗粒上的吸附性能研究

为了建立SuperLig^®620分离水中⁹⁰Sr的方法,研究了接触时间、硝酸酸度、柠檬酸铵浓度、干扰核素等对⁹⁰Sr在SuperLig^®620固相萃取颗粒上分配系数K_d的影响。在0.1 mol/L HNO₃介质中,接触时间大于30 min时,K_d大于1 000 mL/g。在c(H⁺)＞1 mmol/L时,SuperLig^®620不吸附¹³⁷Cs、²³⁹Pu、⁹⁰Y,但可吸附¹³³Ba。通过调节解吸时柠檬酸铵的浓度,可排除¹³³Ba对⁹⁰Sr分离的干扰。研究了SuperLig^®620色层柱分离水中⁹⁰Sr的方法,将样品调节至0.1 mol/L HNO₃上柱,首先用10V_c（柱体积V_c＝0.1 mL）0.1 mol/L HNO₃洗涤杂质,然后依次用9V_c 0.1 mol/L柠檬酸铵、13V_c 1.8 mol/L柠檬酸铵解吸⁹⁰Sr、¹³³Ba。该流程对⁹⁰Sr的回收率大于99%,对主要干扰核素的去污因子大于3×10³,适用于环境水中⁹⁰Sr的分析。     

水合二氧化锰对Co2+的吸附行为研究

以KMnO₄为原料合成了水合二氧化锰（HMO）,采用XRD、BET、TG-DTA和FT-IR对HMO进行了表征。在此基础上,研究了各实验条件对HMO吸附Co²⁺的影响,并将其用于含⁶⁰Co废水的实际处理研究。结果表明：HMO对溶液中的Co²⁺具有良好吸附能力,在pH=7、T=298 K条件下,其最大吸附量达132.98 mg/g;溶液pH值能显著影响Co²⁺在HMO上的吸附,在实验pH值范围内,吸附量随pH值增大而增加;在钴初始浓度相同的条件下,吸附量随温度升高而增加;Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺等离子的存在对HMO吸附Co²⁺具有一定影响。HMO对Co²⁺的吸附过程符合准二级动力学模型（R²＞0.99）,推测吸附过程中可能存在一定的化学吸附;吸附热力学行为可用Langmuir等温吸附方程进行描述（R²＞0.99）,表明Co²⁺在HMO上为单分子层吸附;由吸附热力学数据ΔH=46.96 kJ/mol、ΔG=-26.09 kJ/mol可知,此吸附行为是自发进行的吸热反应。另外,在实际处理含⁶⁰Co废水的动态柱实验中,HMO对初始放射性浓度为2.78×10⁵ Bq/L的⁶⁰Co废液的去除率可达56.90%。     

磷钼酸铵/聚丙烯酸复合凝胶吸附剂的合成及对铯的分离

以丙烯酸为基底合成了磷钼酸铵/聚丙烯酸复合吸附剂(AMP-PA)。采用红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）等方法对AMP-PA进行表征。研究了振荡时间、酸度、Cs⁺ 浓度对铯吸附的影响,及多种离子存在下吸附剂对铯离子的选择性吸附。静态实验结果表明：AMP-PA吸附铯大约5 h达到平衡;HNO₃浓度在0~3.0 mol/L范围内对铯的吸附量影响不大,吸附过程符合Langmuir方程,计算得到的最大吸附量达到4.7 mg/g;采用3.0 mol/L NH₄Cl+1.0 mol/L HNO₃解吸,解吸率大约为70%;多种离子存在下对铯离子具有选择性吸附。动态柱实验发现,AMP-PA对铯的吸附量为4.32 mg/g,解吸率约为50.4%。在高浓度杂质离子Na⁺、K⁺、Sr²⁺、Co²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Ca²⁺存在下,AMP-PA柱可以选择性分离铯,在铯的淋洗液中Co²⁺低于检测限,含量最高的Fe³⁺分离因子为3,浓度比起始浓度降低四个数量级。     

磷钼酸铵/聚丙烯酸复合凝胶吸附剂的 合成及对铯的分离

以丙烯酸为基底合成了磷钼酸铵/聚丙烯酸复合吸附剂(AMP-PA)。采用红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）等方法对AMP-PA进行表征。研究了振荡时间、酸度、Cs⁺ 浓度对铯吸附的影响，及多种离子存在下吸附剂对铯离子的选择性吸附。静态实验结果表明：AMP-PA吸附铯大约5 h达到平衡；HNO₃浓度在0~3.0 mol/L范围内对铯的吸附量影响不大，吸附过程符合Langmuir方程，计算得到的最大吸附量达到4.7 mg/g；采用3.0 mol/L NH₄Cl+1.0 mol/L HNO₃解吸，解吸率大约为70%；多种离子存在下对铯离子具有选择性吸附。动态柱实验发现，AMP-PA对铯的吸附量为4.32 mg/g，解吸率约为50.4%。在高浓度杂质离子Na⁺、K⁺、Sr²⁺、Co²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Ca²⁺存在下，AMP-PA柱可以选择性分离铯，在铯的淋洗液中Co²⁺低于检测限，含量最高的Fe³⁺分离因子为3，浓度比起始浓度降低四个数量级。     

不同离子浓度对~(239)Pu在高庙子膨润土上的吸附影响

采用静态吸附法研究了239 Pu在CO2-3、HCO-3、SO2-4、Mg2+、Ca2+、Fe3+等不同离子浓度下在膨润土上的吸附。实验结果表明:随着CO2-3、HCO-3、Mg2+、Ca2+、Fe3+浓度的增大,239Pu在膨润土上的吸附分配系数Kd值逐渐减小,而随着SO2-4浓度的增加,Kd值先增加后减小,其中CO2-3、Fe3+浓度对Kd值影响较大。     

无机锶吸附剂的制备及其应用

为了去除放射性溶液中的90Sr,采用高锰酸钾和氯化锰的水溶液在pH=10~12、60℃的水浴中反应制备了一种MnO2吸附材料,并用X射线衍射法对其进行了初步分析和表征,该样品为α-MnO2和γ-MnO2的混合晶相。采用静态实验对该吸附剂进行研究,并将其与9种常见的天然锶吸附材料进行比较。结果表明:该吸附剂对90Sr的吸附效果明显好于常用天然吸附材料;其对90Sr的吸附速率非常快,约20min即可吸附平衡,且具有较高的理论饱和吸附容量(Q≈0.52mmol/g)和吸附分配系数(Kd),其典型Kd≈104 mL/g;随着硝酸浓度增加90Sr的Kd值迅速降低,当c(HNO3)=0.01mol/L时,Kd≈6×103 mL/g,而当c(HNO3)=0.1mol/L时,Kd值仅为6mL/g,降低了3个数量级;Na+、K+的含量对Kd值的影响较小,随其浓度增加Kd值缓慢降低,但Co2+、Ca2+对锶的Kd值具有较大的影响,随离子浓度增加Kd值快速减小。该吸附剂对模拟和真实放射性废液的90Sr动态去除实验结果表明,其对锶具有很好的吸附性能,可用于去除放射性废水中的90Sr。     

环境空气中239+240Pu的分析测定

建立了环境空气中^239+240Pu的测量方法。该方法采用NF-2型滤膜采集空气样品5 000～10 000 m³,干法灰化,硝酸加热浸取钚,氨基磺酸亚铁和亚硝酸钠将钚转化为四价态,用三正辛胺—聚三氟氯乙烯粉萃取色层柱分离纯化钚,0.025 mol/L草酸—0.15 mol/L硝酸解吸,最后电沉积制源,在α谱仪上测量^239+240Pu计数。通过实验确认了测量方法的主要条件和参数:电沉积制源极间距为4.0 mm,pH值为2.0;溶液萃取分离色层柱高度为6.0 cm,溶液流速2 mL/min;氧化还原时间为10 min。方法全程回收率为52.5%~82.5%,平均值68.3%;气溶胶样品量为10 000 m³时,方法探测下限为1.31×10^-7Bq/m³。该方法可用于环境气溶胶中^239+240Pu测量,采用本方法测定了我国西北某地区气溶胶中^239+240Pu活度浓度, 结果平均值为3.25×10^-6 Bq/m³。     

白云石与方沸石对Sr2+的吸附行为研究

采用静态实验法研究了黏土岩的组成矿物白云石和方沸石对Sr²⁺的吸附行为，考察了时间、初始pH值、初始浓度、离子强度以及腐殖酸对吸附的影响，并利用XRD、FT-IR和SEM对材料进行了表征。结果表明：两种材料均能有效吸附Sr²⁺，初始pH值升高会促进吸附，离子强度增大会抑制两种材料对Sr²⁺的吸附；吸附均在6 d时达到平衡，吸附过程均符合准二级动力学模型，说明吸附均以化学吸附为主；随着Sr²⁺初始浓度的增加，白云石吸附Sr²⁺的吸附分配比呈先增加后降低的趋势，方沸石吸附Sr²⁺的吸附分配比不断降低；腐殖酸会抑制白云石吸附Sr²⁺，对方沸石吸附Sr²⁺的过程略有促进；Langmuir和Freundlich模型拟合结果显示，白云石吸附Sr²⁺的吸附机理较为复杂，而Sr²⁺在方沸石上的吸附过程为单分子层吸附。上述结果可为高放废物地质处置的选址工作提供基础数据和参考。     

土壤和沉积物中痕量Pu的ICP-MS测量方法研究

介绍了一种针对土壤和沉积物样品中Pu核素的ICP-MS测量方法。该方法利用硝酸浸取和两步阴离子交换层析对样品中的Pu进行提纯和除杂,此方法对U的去污因子为1.5×10⁵。在加入了APEX-IR雾化装置和Spiro膜去溶装置后, ICP-MS测量中影响²³⁹Pu和²⁴⁰Pu计数率的²³⁸U多原子离子²³⁸U¹H⁺/²³⁸U和²³⁸U¹H⁺₂/²³⁸U产率分别为3.4×10^-5和7.6×10^-6。将该方法运用在我国环境土壤和沉积物的ICP-MS测量中,可使样品中Pu测量结果的相对误差降低到约千分之一。该方法对²³⁹Pu和²⁴⁰Pu的检测限分别为3.6 fg/mL和 7.3 fg/mL。利用该方法对IAEA-soil-6和NIST-4357两种参考物质进行前处理和ICP-MS测量,结果表明样品中^239+240Pu活度浓度和²⁴⁰Pu/²³⁹Pu同位素原子比与参考值符合,验证了该方法的有效性和准确性。     

环境土壤样品微波消解及钚的ICP-MS测量

钚是环境放射性污染调查和核事故应急监测重点关注的污染核素，土壤样品中钚的定量分析包括样品消解、化学分离和仪器测量等3个步骤。为缩短样品消解时间、提高化学分离效率，对土壤样品微波消解和钚的阴离子交换分离进行了研究，建立了微波消解-阴离子交换分离-电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测量 同位素稀释法定量分析污染土壤样品中²³⁹Pu的流程。以6 mol/L盐酸为浸取试剂，在浸取液体积与土壤质量之比为4∶1~5∶1 mL/g时，5 g土壤样品中²³⁹Pu的加标回收率大于99%。以氢氟酸、硝酸和盐酸的混酸为消解试剂，在氢氟酸浓度为13.2 mol/L时，1 g土壤样品中²³⁹Pu的加标回收率大于94%。用所建流程测得的IAEA-375土壤标准样品中²³⁹Pu的含量与参考值无显著差异，该流程对1 g土壤样品中²³⁹Pu的检出限为84 mBq/kg。     

我国部分省份环境气溶胶中239+240 Pu的测定

采用阴离子交换树脂分离结合α谱仪测量的方法对我国7个省份环境气溶胶中^239+240Pu含量进行测定,实验全程回收率为60.8%～94.6%,对气溶胶中^239+240Pu的最小可探测限为0.008 μBq/m³。普通环境气溶胶采样量需要达到30 000 m³以上,在应急情况等特殊环境气溶胶采样量为10 000 m³可满足要求。一般情况下气溶胶中²¹⁰Po含量比^239+240Pu高4～6个数量级,在分析和测量中要关注²¹⁰Po对^239+240Pu测量的影响。测量结果显示,我国普通省份环境气溶胶中^239+240Pu含量为0.009～0.099 μBq/m³,与美国、韩国和西班牙等国家空气气溶胶中的Pu含量处于同一水平。     

熔岩玻璃体239Pu在地下水中的迁移模拟研究

针对内华达核试验场CHESHIRE地下核试验状况和近场水文地质参数,建立了熔岩玻璃体²³⁹Pu的溶解释放和迁移模型。估算了熔岩玻璃体释放产生²³⁹Pu的速率,将释放出的²³⁹Pu分为溶解态和胶体态,以软件FEFLOW作为建模工具,数值模拟了10万年内溶解态²³⁹Pu和胶体态²³⁹Pu在地下水中的污染羽分布。模拟结果表明,溶解态²³⁹Pu不能发生远距离迁移,影响迁移的关键参数是分配系数,当分配系数大于10 mL/g后,可忽略溶解态²³⁹Pu的远距离迁移;胶体态²³⁹Pu在爆心下游形成较固定的污染晕,距爆心1.3 km处的胶体态²³⁹Pu的模拟活度浓度长期处于10^-2 Bq/L;影响胶体态²³⁹Pu迁移的主要因素包括熔岩玻璃体的溶解速度、熔岩玻璃体释放²³⁹Pu形成胶体态²³⁹Pu的比例、岩层渗透系数。由模拟结果可见,只有当²³⁹Pu形成胶体粒子后才可能发生远距离迁移。