酿酒酵母对放射性核素铯的生物吸附

实验研究金属Cs⁺在酿酒酵母上的生物吸附特性,包括生物吸附动力学、吸附平衡、吸附等温线以及菌体吸附Cs⁺前后红外光谱的变化。实验结果表明,Cs⁺在酿酒酵母上的生物吸附可分为两个阶段,第一阶段为物理吸附,在20min内达到平衡。Cs⁺在酵母上的吸附过程可很好地用准二级动力学方程来描述（R²=0.989）,平衡吸附量q_e为7.18mg/g,动力学参数k₂为3.56×10^－3g/(mg•min)。Cs⁺在酿酒酵母上的生物吸附可用Langmuir和Freundlich方程来描述,最大吸附量q_max为10.13mg/g。酿酒酵母吸附Cs⁺后,红外光谱峰形基本保持不变。可见,吸附过程未破坏吸附剂的结构,但某些吸收峰发生了漂移。     

水泥固化体中Cs+浸出行为研究

研究了25、40、70、90℃下碱矿渣 黏土复合胶凝材料(AASCM)和普通硅酸盐水泥(OPC)固化体中Cs⁺的浸出行为,并对浸出机理进行了探讨。结果表明：在25、40、70、90℃下,AASCM固化体和OPC固化体浸出行为不同,OPC固化体中Cs⁺的累积浸出分数在4个温度下趋于同一数值,而AASCM固化体中Cs⁺的累积浸出分数则随温度升高而增大。AASCM固化体中Cs⁺的存在状态为溶解态、吸附态及固溶态并存,而OPC固化体中则主要为溶解态和固溶态。AASCM固化体中处于吸附态和固溶态的Cs⁺接近90%,处于溶解态的约为10%;而OPC固化体中处于固溶态的约为40%,处于溶解态的约为60%。     

水泥固化Cs、U(Ⅵ)的浸出模型研究

采用碱矿渣-粘土复合胶凝材料(AASCM)和普通硅酸盐水泥(OPC)固化模拟放射性泥浆,对固化体中Cs⁺、U(Ⅵ)的浸出性能进行了研究。根据Fick第二定律建立并优化了预测核素浸出行为的二维衰变浸出模型。通过MATLAB软件编程计算,以非恒定表观扩散系数的二维衰变模型对Cs⁺、U(Ⅵ)的浸出行为进行了预测。结果表明：AASCM固化Cs⁺、U(Ⅵ)的能力大于OPC,浸出28d后,AASCM中Cs⁺、U(Ⅵ)的累积浸出分数分别低于OPC的1/5和1/2;Cs⁺、U(Ⅵ)浸出的表观扩散系数呈衰减趋势,当考虑表观扩散系数衰减时,二维衰变浸出模型对OPC固化Cs⁺、U(Ⅵ)及AASCM固化U(Ⅵ)的浸出行为预测较好,但对离子交换吸附作用较强的AASCM固化体中Cs⁺浸出行为预测较差。     

玉米对Cs+的富集能力及Cs+对其抗氧化指标影响的研究

研究了玉米对不同浓度Cs⁺的富集差异,并探讨Cs⁺对玉米幼苗抗氧化指标的影响。结果表明：玉米幼苗中Cs⁺含量均与处理浓度和时间呈显著正相关,根是主要的富集器官,其次为茎;在20mmol/L处理28d后,根的Cs⁺含量分别是茎和叶的1.6和5.1倍;根、茎、叶Cs⁺含量分别是0.5mmol/L处理浓度的16.3、18.0和24.7倍。所有处理时期根、茎、叶转运系数和富集系数与处理时间呈显著正相关,均为茎的转运系数大于叶的转运系数,富集系数由高到低依次为根、茎、叶。对抗氧化生理指标的分析发现,随Cs⁺浓度的增加和处理时间的延长,玉米幼苗POD和CAT活性均表现为先应激性上升后下降的动态变化,丙二醛和过氧化氢含量均呈上升趋势,且与处理时间均呈显著正相关,这表明POD和CAT清除有害过氧化物的能力有限,高浓度时均受到一定程度的抑制,抗氧化体系在一定程度上被破坏。     

二硫代氨基甲酸盐树脂的合成及其对废水中Fe3+、Co2+、Mn2+的吸附性能研究

以D309树脂为原料,采用甲醇 水溶液法合成二硫代氨基甲酸盐（DTCR）树脂,利用红外光谱和扫描电镜对其结构进行了表征,测试了合成树脂对废水中Fe³⁺、Co²⁺、Mn²⁺的吸附性能,并通过等温吸附实验和动力学实验考察了合成树脂对金属离子的吸附去除能力随接触时间的变化情况和吸附机理。研究表明,该树脂对Fe³⁺、Co²⁺、Mn²⁺的吸附符合Langmuir等温线,在25 ℃下最大吸附量可分别达25.07、20.58、41.87 mg/g,吸附速率较快,吸附4 h均可达到吸附平衡;在二元金属离子混合体系中,树脂对3种金属离子的吸附关系遵守Mn²⁺＞Co²⁺＞Fe³⁺的基本关系;Ca²⁺、Mg²⁺干扰离子存在情况下,树脂对Co²⁺的去除率基本不变,维持在97%左右,树脂对Fe³⁺的去除率得到提高,由50%上升到98%,而树脂对Mn²⁺的去除率反而下降,由92%下降到80%。     

合成沸石对Sr~(2+)的吸附性能及其表征

采用间歇法研究了合成沸石(ZF)在不同环境条件下对Sr2+的吸附性能,并对吸附Sr2+后的ZF用X-衍射(XRD)表征和分析,为评价中低放核废物处置效果提供参考依据。实验表明:ZF对Sr2+的吸附性能比较好,ZF对Sr2+的吸附平衡时间约在5～14 d。Sr2+溶液的浓度对ZF的吸附性能影响比较大,其次是介质、溶液的温度和溶液的pH值。ZF对Sr2+的平衡吸附量随Sr2+溶液浓度的升高而增大,但平衡吸附率和平衡吸附比随着溶液浓度的增大而降低。pH值增大时,ZF对Sr2+的吸附性能也提高。由于介质溶液中离子种类、浓度以及其他成分不同,所以ZF对Sr2+的吸附能力有差异。温度升高时,ZF对Sr2+吸附性能提高。从总体上说,在溶液中Sr2+浓度为0.005 mol/L时,ZF对Sr2+吸附性能受溶液的pH值、介质和溶液的温度影响不大,吸附Sr2+后ZF的晶胞参数是减小的。     

UO22+在Ca型石灰性土壤上的吸附行为

采用静态批式法对UO₂²⁺在Ca型石灰性土壤上的吸附行为进行了研究,考察了接触时间、固液比、pH和富里酸(FA)对UO₂²⁺在Ca型石灰性土壤上吸附和解吸的影响。研究结果表明,UO₂²⁺在Ca型石灰性土壤上的吸附在约5h内可达吸附平衡,且符合准二级动力学模型。UO₂²⁺在Ca型石灰性土壤上的吸附为不可逆过程;但当FA浓度增至10mg/L时,UO₂²⁺在土壤表面的解吸作用明显增强。     

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。     

钙钛锆石基组合矿物固溶铈的研究

以ZrSiO₄、CaCO₃、TiO₂、Al₂O₃、Ce₂C₆O₁₂•10H₂O为原料,采用固相反应工艺合成掺Ce钙钛锆石基钛酸盐组合矿物。利用XRD、BSE、EDS等分析方法,研究组合矿物的制备及其对Ce的固溶。结果表明：合成掺Ce钙钛锆石基钛酸盐组合矿物的较佳温度为1230℃;组合矿物的主要晶相为钙钛锆石固溶体,次要晶相是榍石和CaTiO₃的固溶体;CeO₂在组合矿物中的最大固溶量为21.39%;组合矿物固溶Ce⁴⁺的机制较复杂,Ce⁴⁺固溶在Ca²⁺位或Zr⁴⁺位,Al³⁺固溶在Ti⁴⁺位对Ce⁴⁺固溶在Ca²⁺位有电价补偿作用。     

Ru3+和［RuNO］3+的速差动力学分析方法

建立了用速差动力学分光光度法分析同一体系中Ru³⁺和［RuNO］³⁺的方法。在盐酸羟胺存在下，测定了Ru³⁺和［RuNO］³⁺与bipy的反应表观速率常数、浓度级次及反应平衡常数。通过测量反应产物Ru(bipy)²⁺₃的起始反应速率和平衡时的浓度，由建立的相关线性方程组计算出Ru³⁺和［RuNO］³⁺的浓度。Ru³⁺和［RuNO］³⁺的回收率分别为96%~105%和95%~106%。加入EDTA能较好地掩蔽常见金属离子的干扰。     

模拟吸附放射性同位素137Cs和90Sr的Cd-MOFs材料合成及评价

为吸附后处理产生的高放废液玻璃固化过程中大量的放射性同位素⁹⁰Sr和¹³⁷Cs,采用溶剂热法合成阴离子型金属有机骨架［DMA］2［Cd₃(FDC)₄］·2H₂O,并评价其对锶、铯离子的吸附能力。采用粉末X-射线衍射、傅里叶红外和热重等方法确认Cd-MOFs的结构。扫描电子显微镜结果显示,在吸附Cs和Sr元素后,Cd-MOFs形貌没有发生明显变化。同时荧光发射光谱证实,Cd-MOFs吸附铕离子后,能够很好敏化铕离子,使材料发射出红色荧光。对锶、铯离子吸附实验结果显示,对锶、铯离子在前50 min即可完成超过50%的吸附,对铯离子的最大吸附量为63.94 mg/g,对锶离子的最大吸附量为53.06 mg/g。通过吸附动力学研究发现,Cd-MOFs对Cs和Sr离子的吸附均符合准二级动力学模型,证明对Cs和Sr离子的速率决策步为化学吸附。推测水合离子半径、有机骨架螺旋链间螺距等因素均对吸附效果有影响。     

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。     

磷酸镁水泥固化体中Sr~(2+)、Cs~+浸出性能及迁移模型研究

采用磷酸镁水泥(Magnesium phosphate cement,MPC)对核素Sr2+、Cs+进行固化,对固化体中Sr2+、Cs+的浸出性能进行了研究,并根据Fick第二定律建立了适用于磷酸镁体系的Sr2+、Cs+迁移模型,对核素Sr2+、Cs+在磷酸镁水泥固化体中的迁移进行预测。结果表明,磷酸镁水泥可以有效固化Sr和Cs,使核素Sr2+、Cs+在磷酸镁水泥固化体中浸出率较低;建立的一维衰变浸出模型可以有效地预测核素Sr2+、Cs+在磷酸镁水泥固化体中的迁移规律。     

一维普鲁士蓝/硅藻土复合材料对Cs+的吸附

含137Cs的放射性废水处理在核能及核技术应用中具有重要意义。以表面活性剂十六烷基三甲基溴化钾和十二烷基磺酸钠为模版,合成了一维结构的普鲁士蓝并将其附着在硅藻土表面,制备成一维普鲁士蓝/硅藻土复合材料;在不同的温度、吸附时间、pH值下,分别探究了一维普鲁士蓝/硅藻土复合材料对Cs⁺的吸附性能,并研究了溶液中其他阳离子对吸附的影响。结果表明：一维普鲁士蓝/硅藻土对Cs⁺的吸附能力随温度（293～318 K）的升高而增加（从42.4 mg/L到61.6 mg/L）,其吸附行为符合Langmuir等温线和准二级动力学方程。     

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%。     

粉煤灰基沸石固化体中Sr~(2+)、Cs~+的浸出行为

以电厂粉煤灰为原料水热制备粉煤灰基沸石,利用粉煤灰基沸石对模拟放射性废液中Sr~(2+)、Cs~+进行分离富集,在碱激发剂的作用下,以粉煤灰、粉煤灰基沸石制备地聚合物固化体,测试了所得固化体的抗压强度和抗浸出性能,并采用X射线衍射法(XRD)和扫描电镜(SEM)技术对浸出机理进行了初步探讨。结果表明,不同沸石掺量对固化体的抗压强度和抗浸出性能有很大的影响,当沸石掺量(质量分数)为20%~30%时,其抗压性能达到国家标准,浸出率和累积浸出分数均远低于国家标准限值。同时,固化体对Sr~(2+)、Cs~+阻滞效果不同,其中对Sr~(2+)的固化效果更加优异,42d浸出率最低为1.87×10~(-6)cm/d,累积浸出分数为3.3×10~(-4)cm。实验得出,粉煤灰基沸石固化体对Sr~(2+)、Cs~+具有较优异的固化效果。     

固相吸附材料DMDODGA/P120对Sr2+的吸附性能

将酰胺荚醚类化合物二甲基二辛基双酰胺荚醚（DMDODGA）利用真空固定化灌注技术固载到多孔吸附树脂P120上,合成了萃淋树脂DMDODGA/P120,并利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、元素分析（C、H、N、O元素）对材料进行了表征。表征结果表明,每100 g P120的孔隙中负载了约531 g DMDODGA,载体P120的结构未有明显破坏痕迹。通过静态吸附实验,研究了接触时间、Sr2+的初始浓度、HNO3浓度、吸附材料与料液的固液比和温度对DMDODGA/P120吸附Sr2+性能的影响,测定了DMDODGA/P120的动力学曲线和等温吸附线;研究了DMDODGA/P120的解吸过程与辐照稳定性;并通过离子交换柱实验测定了DMDODGA/P120对Sr2+的动态穿透点和动态饱和吸附容量。结果表明：DMDODGA/P120对Sr2+的吸附平衡时间约为10 min,吸附过程符合准二级动力学方程,表明该过程为化学吸附;吸附剂对Sr2+的吸附过程是发生在吸附剂均匀表面的单层化学吸附;吸附性能随着酸度的升高先增大后减小;该萃取吸附过程为放热过程;固液比控制在20 g/L左右较为合适;DMDODGA/P120的抗辐照性能较好,在辐射剂量小于等于106 Gy时未有明显辐解。DMDODGA/P120对Sr2+的动态吸附结果表明,交换柱在56个柱体积被击穿,其对Sr2+的总去除率约为5253%。     

钛酸钠纳米材料制备及其对Cs~+吸附的影响

利用一步水热法合成了钛酸钠纳米吸附材料。透射电镜和X射线衍射研究结果表明,水热反应条件为100~150℃、48h时,合成的材料为层间距为0.91nm的多层纳米管(TNT)结构;水热反应条件为180℃、48h时,合成的材料为层间距为0.84nm的多层纳米片(TNS)结构。静态吸附实验结果表明,层间距为0.91nm的TNT结构对Cs~+的最大吸附容量可达263.85mg/g;而层间距为0.84nm的TNS结构对Cs~+的最大吸附容量为241.67mg/g。同时还分别对pH值对吸附的影响及吸附动力学进行了研究。     

土壤耐锶细菌的筛选及其吸附效果

为了从土壤中筛选出具有耐锶性的细菌,利用牛肉膏蛋白胨固体培养基采用平板涂布的方法从土壤中分离出了12株菌株,通过其对Sr~(2+)的吸附效果对比分析,筛选出了其中4株对Sr~(2+)具有较好吸附效果的细菌进行了驯化,并对驯化前、后细菌生长速率(υA)及对Sr~(2+)的吸附效果进行了分析。结果显示:在含Sr~(2+)培养液中驯化后的细菌生长能力有明显提高,生长速率υA的峰值υA,max的位置由驯化前的1.0d提前到0.5d;同时驯化后的细菌对Sr~(2+)吸附效率均有所提高,筛选出的4株细菌在30℃、转速120r/min、pH=7、培养时间5.0d的条件下对Sr~(2+)的最佳吸附效率均可达到90%以上。     

交联海藻酸-亚铁氰化镍钾复合离子吸附剂的制备及其对Cs~+吸附性能研究

通过自制装置制备了交联海藻酸-亚铁氰化镍钾复合离子吸附剂(ALG-KNi FC),用扫描电镜、傅里叶红外光谱、EDS能谱等对吸附剂进行了表征。通过静态吸附实验,研究了吸附时间、pH值、Cs~+初始浓度、共存离子等因素对吸附效果的影响。结果表明,吸附过程在3 h左右达到平衡,吸附剂的饱和吸附容量为190 mg/g,ALG-KNiFC对Cs~+的吸附能力在强酸性和强碱性环境下有所降低;含高浓度的共存金属离子溶液中,NH_4~+对吸附的抑制效果最明显,使ALG-KNiFC对Cs~+的去除率降低了20%左右,其他离子对去除率的影响均控制在10%以内。吸附热力学等模型对吸附机理的分析表明,AlG-KNiFC对Cs~+的吸附属于单分子层化学吸附,吸附速率同时受膜扩散速率和颗粒内扩散速率的控制。