海洋环境体系中放射性核素吸附-解吸迟滞机制研究

通过宏观吸附-解吸等温实验,系统研究了放射性核素¹¹⁰Ag^m在海洋环境中表层沉积物上的吸附动力学过程及不同沉积物浓度和核素初始浓度条件下吸附-解吸迟滞机制（吸附不可逆性）。研究结果表明：Freundlich等温吸附模型可很好地描述¹¹⁰Ag^m在海水沉积物上的吸附 解吸过程;¹¹⁰Ag^m吸附速率开始很快（0~24 h）,呈指数型增加,而后逐渐趋于平缓,体系达到吸附平衡;改变沉积物浓度会产生明显的固体浓度效应,即¹¹⁰Ag^m吸附等温线随沉积物浓度的升高而显著下降。体系解吸迟滞性可用解吸迟滞系数(TII)和解吸滞后角量化表征,在沉积物浓度0.1～3.0 g/L范围内,解吸迟滞系数和解吸滞后角先增大后减小,不可逆程度与¹¹⁰Ag^m在颗粒表面与吸附点位的结合方式及微小颗粒物相互作用团聚导致的吸附剂有效吸附表面和吸附点位减小有关;对于不同沉积物浓度吸附体系,随核素初始浓度的增加,解吸迟滞系数总体先降低后增加,体系解吸迟滞性呈先减小后增大的变化趋势,其主要受两方面因素控制：1）¹¹⁰Ag^m分子在颗粒物表面与吸附点位的结合方式;2） 在浓度梯度力作用下,¹¹⁰Ag^m分子扩散吸附导致颗粒物微孔乃至超微孔隙结构发生形变,孔隙通道形变有效锁定了内表面吸附的¹¹⁰Ag^m,无法解吸脱落从通道中扩散出来,从而使吸附体系表现出一定程度的解吸迟滞性。     

~(110m)Ag和~(137)Cs在海洋沉积物中分配系数研究

采用静态批式法研究了吸附时间、固体浓度及核素浓度对放射性核素110mAg和137Cs在海洋沉积物中分配系数的影响。结果表明,110mAg在海洋沉积物中的吸附平衡时间约7天,137Cs在海洋沉积物中的吸附平衡时间约10天;在低浓度条件下110mAg和137Cs在海洋沉积物中的吸附等温线趋近于线性,即核素分配系数不随核素浓度的增加而改变;当固体浓度在0.25~10 g/L时,两核素分配系数均随固体浓度的增加明显减小,而固体浓度达到一定上限后(10 g/L),核素分配系数不再随固体浓度的增加而改变。     

沉积物对137Cs的不可逆吸附行为

通过一系列吸附、解吸实验,从沉积物组成成分、吸附时间和解吸时间以及粒径组成等方面,研究了~(137)Cs在沉积物中的不可逆吸附行为。实验表明:吸附时间增加,不可逆吸附量增加;解吸时间增加,不可逆吸附量减少;且吸附、解吸过程符合准二阶动力学模型;沉积物粒径组成对~(137)Cs的不可逆吸附行为有影响,沉积物组成粒径越小,~(137)Cs的不可逆吸附行为越明显。     

核电厂关键核素在海洋沉积物上的吸附动力学

为研究核电厂关键核素在海洋沉积物上的吸附动力学过程,通过静态批式实验获得三种沉积物对核素⁹⁰Sr、¹³⁷Cs、⁵⁴Mn、⁶⁰Co的吸附动力学曲线,采用多级吸附动力学模型对实验数据进行拟合,得出以下结论：⁹⁰Sr、¹³⁷Cs、⁵⁴Mn、⁶⁰Co在三种沉积物上的分配系数（Kd）分别为1.8~3.0、71.5~128.0、23.1~167.0、160.0~188.0 mL/g;采用一级吸附动力学模型所得Kd与实验所得Kd较为符合,说明4种核素在三种沉积物上的吸附行为可由一级吸附点位进行表征;获得了各样品的吸附动力学关键参数,包括吸附速率常数、解吸速率常数及单位最大吸附量。     

~(60)Co在土壤、矿物质中的吸附及在菜豆-土壤系统中的迁移

研究了~(60)Co在土壤和矿物质中的吸附和解吸,在菜豆-土壤系统中的迁移、消长和分布。结果表明:(1)土壤、矿物质对~(60)Co吸附迅速,不易解吸。吸附率和分配系数大小排列顺序相同,为:硅藻土、青紫泥、黄红壤、高岭土、珍珠岩、粉泥土;解吸因数的大小     

110Agm在大亚湾表层沉积物上的吸附和解吸

为了解放射性核素110Agm在大亚湾水域中的迁移和运输,采用批次法研究了4个大亚湾表层沉积物在天然海水中对110Agm的吸附和解吸行为.在吸附反应体系中,Ag+的质量浓度为1.3 ng/mL,110Agm的放射性浓度为10.0 Bq/mL,海水的pH为8.20,盐度为32.0,固液比为1.0 mg/mL时,在短时间(约40 s)内,110Agm的吸附率即达到28.6%.说明大亚湾表层沉积物对110Agm存在一个快速吸附过程;在吸附时间1 h以内吸附率变化很小,4个沉积物的平均吸附率为30.0%;从1 h～5 d,吸附率可上升至64.4%;5 d以后吸附趋于平衡,吸附分配比平均为1.86×103 mL/g,与解吸实验达到平衡时的吸附分配比1.90×103 mL/g相同.在固液比为4～250 mg/L时,110Agm的吸附分配比随固液比的增加而减小,在250～1 000 mg/L内,随固液比的增加而增加,当固液比大于1 000 mg/L时,分配比基本上保持一个恒定值.     

爱尔兰海东北部沉积物中~(239)Pu、~(240)Pu和~(241)Am的孔隙水化学

为了查定Pu和Am2个核素在沉积物沉积后的性状和评估其活化的可能性,对爱尔兰海东北部沉积物和孔隙水中的来自Sellafield的~(230)Pu、~(240)Pu和~(241)Am的分布作了研究。~(239)Pu、~(240)Pu、和~(241)Am的固相剖面中具有明显的地下峰,它与有机炭、Fe或Mn的分布无关,但可能反映Sellafield排放的历史。还原型Pu和Am的孔隙水剖面同样表明有明显的地下峰,它与有机质被氧或硝酸盐氧化的成岩作用无关,也与Fe和Mn的活化无关。孔隙水中的放射性核素剖面表明与固相中的放射性核素剖面之间在性质上有联系,这就提出一个由视Ka′s来描述的吸附/解吸作用,对还原型Pu,其范围为1.7×10~5—11.8×10~5,对还原型Am其,范围为3.5×10~5—3.9×10~5。然而对Pu(可能还有Am)来说,这种实测视K_d随深度而发生的系统变化,说明沉积物/孔隙水体系之间是不平衡的。已有的资料没有证实这种说法,即在孔隙水中,Pu的络合作用是由可溶性有机炭引起的。提出了通过近沉积物表面氧化物相的沉淀来清除Pu和Am.     

花岗岩对硒的吸附研究

本文研究了在模拟地下水介质中花岗岩对硒的吸附、解吸规律。实验结果表明,在本实验条件下花岗岩对硒的吸附和解吸均服从 Freundlich 吸附等温方程;在还原剂(Fe 粉和腐植酸)存在下,花岗岩对硒的吸附量有所增大;在 pH 为4左右硒吸附量最大;硒吸附量还随花岗岩粒径减小即比表面积增大而增大,说明吸附主要发生在固相表面。     

用放射性示踪技术研究海洋沉积物中铱的吸附和解吸行为及其富集机制

利用放射性示踪技术,结合静态吸附、解吸实验及可见分光光度分析,研究了海洋沉积物－海水体系中铱的吸附及解吸行为。结果表明,在极低的铱浓度范围内,铱的吸附－解吸等温线呈线性,咀吸附－解吸不可逆。IrCl6%2-形态的铱极易被沉积物所吸附,一旦吸附后又难解吸焉。沉积物沉积过程中不断地吸附海水中的IrCl6^2-,可能致使铱累积于沉积物中,从而引起铱富集,丹麦鱼粘土对铱的吸附能力弱于近海洋沉积物,说明丹麦鱼粘土高含量铱来源于其它成因控制,如火山或地外成因。     

~(60)Co在土壤、矿物质中的吸附及在菜豆-土壤系统中的迁移

研究了~(60)Co在土壤和矿物质中的吸附和解吸,在菜豆—土壤系统中的迁移、消长和分布。结果表明:(1)土壤、矿物质对~(60)Co吸附迅速,不易解吸。吸附率和分配系数大小排列顺序相同,为:硅藻土、青紫泥、黄红壤、高岭土、珍珠岩、粉泥土;解吸因数的大小排列顺序为:黄红壤、粉泥土、高岭土、珍珠岩、青紫泥、硅藻土。~(60)Co在土壤、矿物质中的动态变化可用封闭二分室进行描述。(2)~(60)Co引入菜豆—土壤系统后,菜豆根部~(60)Co的浓度是茎叶部~(60)Co浓度的10.4～23.3倍,是可食豆荚的30多倍;土壤中~(60)Co浓度由表层至底层呈显著单项指数负相关,其半残留深度为2cm,90％以上集中在表层6cm之内。~(60)Co在菜豆—土壤系统中的行为规律可用开放二分室模型描述。     

Np(Ⅴ)在黄土及其固相组分上的吸附与解吸——相对贡献、滞后系数、溶液中腐殖酸和碳酸盐的影响

本文用批实验法和选择性提取法研究了有机质 ( OM)和 Ca CO3 对 Np( )在黄土上的吸附影响 ,测定了在未处理黄土和去除 Ca CO3 、去除 OM、去除 Ca CO3 和 OM三种处理黄土上 Np( )的吸附和解吸等温线 ,并用 Fre-undlich方程进行了分析。结果表明 ,Ca CO3 对 Np( )在黄土上的吸附 /解吸滞后有一定影响 ,对 Np( )的吸附有负贡献 ;OM对 Np( )在黄土上的吸附 /解吸滞后没有影响 ,且对 Np( )的吸附影响很小 ;溶液中的腐殖酸 FA或CO3 2 -对 Np( )的吸附有明显的正作用 ;Np( )在黄土上的吸附主要受粘土矿物成分的影响 ;Np( )在黄土中的迁移滞后现象应予以考虑。     

Np(V)在黄土及其固相组分上的吸附与解吸--相对贡献、滞后系数、溶液中腐殖酸和碳酸盐的影响

本文用批实验法和选择性提取法研究了有机质（OM）和CaCO3对Np(V）在黄土上的吸附影响，测定了在未处理黄土和去除CaCO3、去除OM、去除CaCO3和OM三种处理黄土上Np(V)的吸附和解吸等温线，并用Fre-undich方程进行了分析。结果表明，CaCO3对Np(V)在黄土上的吸附/解吸滞后有一定影响，对Np(V)的吸附有负贡献；OM对Np(V)在黄土上的吸附/解吸滞后没有影响，且对Np(V）的吸附影响很小；溶液中的腐殖酸FA或CO3^2-对Np(V)的吸附有明显的正作用；Np(V)在黄土上的吸附主要受粘土矿物成分的影响；Np(V)在黄土中的迁移滞后现象应予以考虑。     

氢同位素色谱分离柱程序升温解吸的理论研究

在物理吸附动力学和多年色谱分离氢同位素实验的基础上,针对氢同位素与5A分子筛表面的程序升温解吸过程开展了理论研究,推导了一级无再吸附、一级再吸附、二级无再吸附和二级再吸附四种条件下的解吸速率方程,并通过计算形状参数和解吸活化能对解吸过程的动力学特征加以鉴别。     

基于氢研究核石墨中氚的去除

世界现阶段有大量的退役核石墨需要处理,~3H和~(14)C为其中含量最多、需重点去污核素。对于~(14)C来说,低温(不高于700°C)低氧环境下的热处理能比较有选择性地去除核石墨中的~(14)C。基于氚是氢的同位素、与氢具有相同的物理化学特性,本研究通过对三种不同产地的核石墨中氢在350oC的吸附以及400~700oC的解吸行为,探究核石墨中氚的去污工艺。实验发现:三种核石墨的氢吸附量不同,解吸规律大致相同,解吸量随时间的变化上有差异。国产核石墨NG-CT-10、日本核石墨IG-110以及德国核石墨NBG-18的氢总吸附量分别为6.7×10-3 mL·g-1、9.30×10~(-3) mL·g~(-1)以及9.12×10~(-30 mL·g~(-1),其中化学吸附量分别为3.2×10~(-3) mL·g~(-1)、3.0×10~(-3) mL·g~(-1)和0.92×10~(-3) mL·g~(-1)。石墨对氢吸附量上的差异可能来源于三种核石墨的不同制备工艺和物理性质上的一些差异,这些差异主要来自于平均孔径、比表面积、成型工艺以及焦粒粒径上的区别;NG-CT-10有效吸附量所占比最高,表明NG-CT-10有较大量的氚吸附量。400~700oC的核石墨氢解吸实验表明:三种石墨中的氢主要是从700oC开始有效解吸,但各自相对于总吸附量的解吸量有明显区别,NG-CT-10、IG-110和NBG-18在700°C时的解吸量分别为7%、13.5%和70%。由此可得,NBG-18中的氚最易被解吸出来。根据氢在石墨中的吸附模型,700oC解吸出来的氢应该位于石墨晶粒边缘。为了解吸剩余氚,同时不影响~(14)C的有效去除,不提高热处理温度,可能需要改变解吸时的载气组分。     

用延展X射线精细结构吸收光谱研究Zn(Ⅱ)-TiO2体系的颗粒物浓度效应和吸附可逆性

用延展X射线精细结构吸收光谱(EXAFS)研究了不同颗粒物浓度(Cp)下重金属Zn(Ⅱ)在锐钛型TiO2上吸附产物的微观构型,考察了Cp、吸附微观构型与可逆性的关系.宏观的吸附-解吸等温线结果表明,Zn(Ⅱ)-TiO2体系的吸附等温线随Cp的增加而显著降低,有明显的Cp效应;且吸附可逆性随Cp的增加逐渐减小.EXAFS结果表明,Zn(Ⅱ)主要是通过共用水合Zn(Ⅱ)离子及TiO2表面上的O原子结合到TiO2表面上,其平均Zn-O原子间距为(1.98±0.01)(A).同时,第二配位层(Zn-Ti层)的EXAFS图谱分析结果表明存在两个典型的Zn-Ti原子间距,即R1=(3.26±0.01)(A)(边-边结合的强吸附)和R2=(3.70±0.01)(A)(角-角结合的弱吸附).吸附密度相近、平衡浓度不同的三个吸附样品,随CP的增加,强吸附位(N1)基本不变而弱吸附位(N2)减少,两者比值(N1/N2)由0.629增加至0.690.该比值的变化从微观角度解释了宏观吸附-解吸实验中Cp增加,可逆性减小的实验现象.同时,EXAFS实验结果也从微观上证明了亚稳平衡态吸附理论(MEA理论)的吸附密度(Γ)不是状态函数的基本假设.     

公众液态途径辐射剂量对吸附分配系数的响应研究

针对辐射剂量计算的不确定性,运用放射性核素浓度计算模式和公众个人照射剂量计算模式,计算了我国某核电厂正常运行下某子区代表居民液态途径的辐射剂量,分析了公众液态途径辐射剂量对核素悬浮物吸附分配系数的响应。结果表明:当核素~(60)Co和~(137)Cs的悬浮物吸附分配系数降低一个数量级时或升高一个数量级时,岸边沉积外照射剂量响应较为明显。特别是~(137)Cs,其悬浮物吸附分配系数降低或升高一个数量级,该核素岸边沉积剂量贡献占其液态途径剂量比值和占总岸边沉积剂量比值都有明显变化。     

高压氘氚气氛下不锈钢吸附氚的初步研究

本工作对于氚在不锈钢表面的吸附和解吸行为进行了初步研究.样品在n(D)∶n(T)=1∶1,230℃时,15 MPa下恒温8 h后,接着在27 MPa下恒温6 h的情况下进行了氚的吸附,测量了室温下和加热到1173 K时的解吸氚量和总吸附量.其结果如下:不锈钢的总吸附氚量是857.4 MBq·cm-2,不锈钢的解吸氚量是722.2 MBq·cm-2;在本实验的条件下,在室温和加热条件下,不锈钢所释放的氚中,化学成分主要是HTO和HT两部分,大部分以HT形式存在;不锈钢的自由氚占吸附总氚量的7.34%;不锈钢的热解吸谱存在三个解吸峰,其解吸温度分别为439、530和843K.     

中国黄土对241Am吸附特性的实验研究

本文简要介绍超铀核素^241Am(Ⅲ)在中国黄土样品中吸附特性的初步研究结果。以^241Am(Ⅲ)溶液为示踪溶液，以黄土为实验介质，测定了^241Am(Ⅲ)在未处理黄土、去除CaCO3黄土、去除有机质黄土、以及去除CaCO3和有机质黄土等四种组分不同的黄土介质中的吸附-解吸等温线、平均吸附分配系数和平均解吸分配系数，分析讨论了^241Am(Ⅲ)在实验介质中的吸附-解吸机理。实验结果表明：在实验条件下，^241Am(Ⅲ)在四种黄土样品中的吸附-解吸等温线均近似为直线；固相成份CaCO3和有机质在黄土吸附^241Am(Ⅲ)的过程中起主要作用。     

117Snm(Ⅳ)-EDTMP在体外骨模型上的吸附Ⅱ. 在骨胶原上的吸附

研究了^117Sn^m(Ⅳ)-EDTMP在体外骨模型骨胶原上的吸附和解吸特性，并与其在HA上的吸附、解吸特性做了比较。结果表明：pH和温度对^117Sn^m(Ⅳ)-EDTMP在骨胶原上吸附的影响与其在HA上的相似；而^117Sn^m(Ⅳ)-EDTMP在骨胶原上的吸附平衡以及吸附方式与其在HA上的吸附明显不同。^117Sn^m(Ⅳ)-EDTMP在骨胶原上的吸附非常稳定，它们从骨胶原上的解吸量远小于在相同条件下从HA上的解吸量。     

锝和碘在矿物上的吸附研究

为了寻找能阻滞锝、碘迂移的地质材料。本工作研究了黄铜矿,方铅矿、稀土赤铁矿,辉锑矿,辉钼矿,黄铁矿等六种矿物对碘和锝的吸附和解吸。结果表明黄铜矿,方铅矿对碘的吸附较好(R_d≈100mL·g~(-1)),辉锑矿对锝的吸附能力相当强(R_d≈2×10~3mL·g~(-1))。吸附是不可逆的,被吸附后的核素牢固地留在矿物上。