核电厂废液系统离子交换树脂处理技术研究

针对核电厂废液处理系统(WLS)离子交换工艺设计中重点关注的树脂选型和运行参数影响开展非放射性环境下树脂去污能力模拟试验研究。结果表明,在进水Cs~+、Co~(2+)、Sr~(2+)各离子浓度约为10μg/L,床体积流速(Q/V)在10 BV/h或33 BV/h时,对于凝胶型阳树脂或混树脂,其交联度越大对Cs~+的去污因子(DF)越高,对Co~(2+)的DF下降,对Sr~(2+)的DF影响较小;通过增加装填层高的方式,可显著提高树脂对3种离子的去污效果;凝胶型混树脂的串联对DF有一定的改善(特别是高交联度混床串联对Co~(2+)的DF提升明显)。综合考虑高交联度凝胶型树脂对Cs~+的选择性提高、交换容量更大且床体串联对DF的改善最为显著,故工程设计优先推荐选用其进行后续放射性验证试验。     

核电厂一回路水离子交换处理技术研究

核电厂一回路水的净化广泛采用离子交换技术。针对核电厂离子交换树脂应用中两个需迫切关注的指标(工作交换容量与去污因子)开展实验研究。首先选取核电厂一回路冷却剂中的典型离子Cs+、Co2+、Sr2+、Ca2+、Li+等配制模拟水样;然后针对不同型号的凝胶型树脂(IX-1,IX-2,IX-3)、不同离子浓度的进水进行动态穿透实验。结果表明:(1)在进水离子质量浓度为10-6级别时,树脂的工作交换容量可利用至全体积交换容量的80%以上,且进水中离子浓度越高,可利用的工作交换容量比例也越大。(2)不同的交联度对树脂的工作交换容量存在较明显的影响。(3)相较于单台树脂床,串联床的去污因子增加显著。     

钴/锰印迹半胱氨酸-壳聚糖对低浓度Mn~(2+)和Co~(2+)的选择性吸附

同时以硝酸锰和硝酸钴为印迹分子,采用溶胶凝胶法和反相悬浮法结合制备了交联壳聚糖微球(Co/Mn-CCTS),并通过与半胱氨酸的氨基官能团接枝合成了钴/锰双印迹半胱氨酸-壳聚糖树脂(CysCo/Mn-CCTS)。采用傅里叶红外光谱、扫描电镜对其结构进行了表征,并进行了干扰离子存在下低浓度Co2+和Mn2+静态、动态以及竞争吸附实验。静态实验结果表明,双印迹半胱氨酸-壳聚糖树脂较非印迹树脂的吸附性能有较大提高;干扰离子存在下,树脂对Co2+、Mn2+二元混合溶液中Co2+的吸附性能优于Mn2+,且对Co2+的吸附容量超过Mn2+的16倍。溶液的pH值、温度、吸附时间、干扰离子以及金属离子初始浓度均对树脂的吸附性能有较大影响,树脂对Co2+、Mn2+的吸附过程符合Lagergren准二级动力学和Langmuir模型。动态吸附实验表明,树脂对Co2+、Mn2+的吸附符合Thomas模型,对二者的穿透体积分别为308BV与506BV。     

UF-RO膜组合工艺处理低放射性废水方法研究

根据高通量工程试验堆产生的低放废水中离子核素的特点,采用新型膜组合工艺分离技术进行高效处理试验堆低放射性废水的研究。通过配制含有Cs+、Sr2+、Co2+、Ni2+、Fe3+的低浓度模拟废水,依次研究压力、离子浓度、pH值、乙二胺四乙酸二钠(EDTA)等因素对膜处理模拟废液中各金属离子脱盐率的影响。实验结果表明:模拟废水在pH值等于7,加入1:2.5的0.15 mol/L EDTA条件下,用超滤-反渗透(UF-RO)膜组合工艺处理时,Cs+、Sr2+、Co2+、Ni2+、Fe3+的脱盐率均达到95%以上;放射性蒸残液用EDTA螯合后,通过UF-RO-RO处理,去污效率可达到95.7%。     

气隙式膜蒸馏处理模拟放射性废水

对采用自制气隙式膜蒸馏装置净化处理质量浓度为1g/L Sr2+和离子质量浓度均为10g/L的Co2+、Sr2+、Na+、Ca2+四种离子混合模拟放射性废水进行了研究。结果表明:膜蒸馏技术对1g/L Sr2+料液中Sr2+截留率可以达到99.999%以上,去污系数(DF)在105以上;处理离子质量浓度均为10g/L的Co2+、Sr2+、Na+、Ca2+四种离子混合料液时,膜蒸馏对Sr2+、Co2+截留率均接近100%,DF(Sr2+)达1×106,DF(Co2+)达1×107;料液温度和料液流速对膜通量有一定影响,无论是提高料液温度,还是增加料液流速,均可以有效提高膜通量。在保证净化效果的情况下,在料液温度75℃,料液流速7L/min时,处理1g/L Sr2+膜通量可以达到4.15kg/(m2·h)。对离子质量浓度均为10g/L的Co2+、Sr2+、Na+、Ca2+四种离子混合料液进行处理时,膜通量也达到3.88kg/(m2·h)。     

从裂变产物中提取135Cs的研究

为了制备适用于热中子截面测量用的^135Cs,建立了用无机离子交换剂磷酸锆和阴离子交换树脂从裂变产物中分离无载体放化纯^135Cs的方法。研究了在用磷酸锆色层柱分离Cs时,温度对收率的影响。实验结果表明：用磷酸锆色层柱从裂变产物中分离Cs时,Cs的化学回收率为90．0％,对锆、铌、铈、钌等的去污因子为10^2;结合阴离子交换树脂分离,U的去污因子达10^4。分离出的^135Cs为放化纯,可供^135Cs热中子反应截面测量用。     

反应堆铝合金样品中63Ni测定的前处理技术研究

为建立反应堆铝合金样品中63Ni活度测量的方法,研究了铝合金样品的前处理程序。对几种溶样方法进行了对比,并通过各种条件实验,最终确定了阴离子交换吸附、氢氧化物沉淀离心分离和丁二酮肟络合、甲苯萃取的样品前处理方法。通过全程回收率实验,Ni的化学回收率达70%以上;进行了Co、Fe、Sr和Cs等离子的去污实验,该化学分离流程对Co离子的去污系数为103以上,对Cs、Sr离子的去污系数为103左右,对Fe离子的去污系数为102左右。     

放射性核素在页岩和黄土中的迁移研究

介绍了 8 5Sr和 1 34 Cs在页岩 ,85Sr、1 34 Cs和 6 0 Co在黄土中的迁移研究结果。在页岩中 85Sr、1 34 Cs的滞留因子分别为 80～ 1 0 2和 1 60 0 0 ,分配系数分别为 1 5～ 2 5 m L/ g和 41 85 m L/ g;85Sr、1 34 Cs和 6 0 Co在黄土中的滞留因子分别为 45 0～ 5 3 0、4.1× 1 0 4 ～ 4.6× 1 0 4 和 3 .2× 1 0 4 ～ 3 .6× 1 0 4 ,分配系数分别为 80～ 86m L/ g、7.3× 1 0 3～ 7.5× 1 0 3m L/ g和 5 .7× 1 0 3～ 5 .8× 1 0 3m L/ g。结果表明 ,页岩对 85Sr和 1 34 Cs有较强的吸附性 ,黄土对 85Sr、1 34 Cs和 6 0 Co的吸附性极强。     

钴/锰印迹硫脲-壳聚糖对Co2+和Mn2+的选择性吸附

同时以氯化钴和氯化锰为印迹分子,采用溶胶凝胶法和反相悬浮法结合制备了钴/锰印迹交联壳聚糖树脂(Co/Mn-CTS),并通过硫脲改性合成了钴/锰印迹硫脲-壳聚糖树脂(T-Co/Mn-CTS).采用傅里叶红外光谱对其结构进行了表征,并进行了干扰离子存在下Co2+和Mn2+的静态和动态吸附实验.静态实验结果表明:壳聚糖树脂对...     

中子活化分析测定地质样品中贵金属的一个简单组分离程序

本文采用放射化学分离-螯合离子交换树脂方法从复杂的地质样品中分离出微量的贵金属Ir,Re,Pt,Au,Os等。实验程序对Ni,Co,Na,Sr,Sm,Lu,La,Cs,Rb,Ta等的去污效果达100％;对Fe,Sc,Eu,Ce,Yb等的去污效果在99％以上;对Hf,Ba,Sb去污效果高于95％。从而大大提高了活化分析测量地质样品中上述贵金属的灵敏度,该方法是测量地质样品中微量贵金属的一种有效方法。     

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。     

钾/钠离子对水热合成铯榴石结构的影响

水热合成铯榴石能低温、晶格固化放射性废物¹³⁷Cs,但在放射性废物中Cs⁺通常与同族的K⁺/Na⁺共存,两者可能会对水热合成铯榴石组成和结构产生影响。基于此,参考铯榴石化学计量组成CsAlSi₂O₆,首先利用偏高岭土、纳米二氧化硅和CsOH•H₂O为原料水热合成了铯榴石。然后分别以不同摩尔质量的KOH或NaOH取代CsOH•H₂O,研究了K⁺/Na⁺对水热合成产物组成和结构的影响。结果表明,铯榴石水热晶化温度相对较低,产物微观下呈多晶微球态;K⁺与Cs⁺共存时,体系水热产物主要为铯榴石微球,微球尺寸随K⁺掺入比例的提高而增加,但K⁺主要存在于晶化程度较低的钾铝硅酸盐水合物中,并未参与铯榴石形成;Na⁺与Cs⁺共存时,体系水热产物主要由铯榴石和方沸石(NaAlSi₂O₆•H₂O)组成,Cs⁺和Na⁺各自存在于铯榴石或方沸石结构中。铯榴石相对较低的水热晶化温度及其结构中Cs⁺不能迁移和进行离子交换的特性,使得水热条件下K⁺/Na⁺不能进入先形成的铯榴石结构中的碱金属离子位点。尽管如此,K⁺或Na⁺的存在可降低铯榴石的水热晶化温度、促进铯榴石晶粒生长,且当K⁺或Na⁺与Cs⁺共存时,Cs⁺仍优先进入并稳定固化于铯榴石晶体结构中。     

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、HNO3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...     

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%。     

新型铯选择性吸附剂的合成及性能

在金属镍粉表面原位合成了与金属基体紧密结合的亚铁氰化镍钾(KNiFC/Ni)吸附剂。经分析,其表面为面心立方晶系的亚铁氰化镍钾(KNiFC),厚度约为40~80nm,晶格参数为0.996 0nm,化学组成可表示为K1.4Ni1.3Fe(CN)6。结果表明:该吸附剂不水解,对137 Cs具有较高的吸附容量,非常快的吸附速率,很高的选择性,Cs的吸附分配系数(Kd)可达105 mL/g,即使在1.0mol/L NaNO3溶液中,Kd值也大于103 mL/g;该吸附剂吸附137 Cs为典型的离子交换机制,NH+4由于具有和Cs+相近的离子半径所以竞争最为强烈。本吸附剂有望用于含铯废液的处理及137 Cs的分离或提取。     

丝状真菌F54的分离鉴定及其对铯的吸附特性

从新疆放射性污染土壤样本中,采用微生物分离方法,结合压力试验及吸附实验,获得一株对放射性核素污染具有修复能力的土著丝状真菌F54。通过形态学、分子生物学鉴定及Biolog碳源利用实验,F54为镰刀霉菌属真菌,与Fusarium oxysporum strain ATCC MYA-3931同源性最高。最适宜生长条件是:马铃薯葡萄糖培养基,30℃,pH=7.0。菌株F54吸附Cs+的最佳条件是:pH=7.0,30℃,伴随生长进行吸附约3~4d,吸附率最高能达到约84%,常见金属阳离子K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Al~(3+)、Fe~(3+)对其吸附均有一定的抑制作用。菌株F54能够耐受10kGy的钴源照射,对重金属离子Ni~(2+)、Cr~(3+)、Zn~(2+)、Co~(2+)、Pb~(2+)、Hg~(2+)均有较高耐受性,对放射性137 Cs的吸附率为62%。菌株F54在有较高的重金属离子混合污染的放射性环境中具有一定的修复应用潜能。     

模拟高盐溶液中硫酸钛水解对Sr的去除研究

研究了硫酸钛在模拟高盐溶液中的水解反应对Sr²⁺的吸附能力并对其水解产物进行了分析。首先,通过电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）对硫酸钛水解过程中对Sr²⁺的吸附能力进行了研究;其次,通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对硫酸钛水解产物的形貌及结构进行了表征;最后,对该工艺进行了放射性工程热试验验证,验证试验以100 L/h的废液处理规模,连续运行105 h。研究结果表明,随着溶液pH值的升高,硫酸钛水解对Sr²⁺的吸附能力逐渐增强。当pH=13时,吸附能力达到最大值,此时对Sr²⁺的吸附率达99.4%,对Sr²⁺的吸附量为1.67 mmol/g。另外,研究还证明,该吸附过程是短时间内完成的,反应时间对吸附率基本无影响。放射性工程热试验验证了工艺的可行性,试验中⁹⁰Sr的去污因子（DF）达215。     

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。