Am(Ⅲ)胶体稳定性及其在膨润土胶体上的吸附行为北大核心CSCD

以北山BS03#地下水为水相,探究Am(Ⅲ)胶体形成及其在膨润土胶体上的吸附行为。通过Zeta电位激光粒度分析仪与不对称流场流分离检测仪(AF4)和批式实验法探究多种因素,如pH值、不同CO_(2)浓度氛围、离子强度和温度对胶体稳定性和吸附行为的影响。结果表明:Am(Ⅲ)胶体的形成及稳定性和Am(Ⅲ)的水溶液化学性质息息相关,升高温度或增大离子强度会减小Am(Ⅲ)胶体的稳定性,而CO_(2)浓度升高和pH增大则有利于Am(Ⅲ)胶体的形成与稳定性;随着pH的增大,Am(Ⅲ)-膨润土胶体颗粒密度增大,而Am(Ⅲ)的吸附率先减小后增大;离子强度升高有利于Am(Ⅲ)的吸附,但胶体颗粒密度下降;气相CO_(2)浓度升高对颗粒密度和Am(Ⅲ)吸附具有促进作用。     

模拟高放废物地质处置条件下锝在去离子水体系中的胶体行为

⁹⁹Tc是高放废物地质处置中重点关注的关键核素,深地质处置条件下其在地下水中的胶体行为对其迁移行为可能存在较大影响,亟需系统开展研究。本文在模拟高放废物地质处置的低氧和低浓(氧气含量小于5 ppm、⁹⁹Tc初始浓度10^-9～10^-5 mol/L)条件下,首先探讨了用膜过滤法研究锝胶体行为的可行性,发现pH值和离子强度等对⁹⁹Tc的液闪测定无明显影响,且过滤器对Tc(Ⅳ)和Tc(Ⅶ)均无显著吸附行为,基于此初步建立了锝胶体行为研究的膜过滤实验方法,并采用该方法研究了去离子水体系中锝的胶体行为。结果表明：Tc(Ⅶ)不易发生水解反应,在低氧条件下无明显胶体行为,并能长期稳定地存在于体系中,可能具有较强的迁移能力;Tc(Ⅳ)易水解而聚集为胶体,在较宽pH值范围内(pH=4～11)以真胶体形式在398 d实验周期内较长期地稳定存在于体系中,其浓度高于以离子形态存在的Tc(Ⅳ)的数倍甚至1个数量级,所形成的胶体可能会提高地质处置条件下Tc(Ⅳ)的迁移能力,但体系离子强度升高会使Tc(Ⅳ)胶...     

Am在两种不同地下水中的种态分布及溶解度分析

利用自主编写的地球化学计算软件CHEMSPEC分析了Am在北山地下水和我国西南某地下水中的种态分布,并计算了Am在这两种地下水中的溶解度,考察了pH、Eh、不同离子以及硅的存在等对种态分布的影响。结果表明,Am在这两种地下水中均以正三价存在,随pH值的不同Am的种态会发生较大的变化,在偏酸性条件下,主要以AmSO+4、Am(SO4)-2及Am3+的形式存在,在中性至弱碱性条件下,以AmCO+3的形式存在,强碱性条件下,则基本转化为Am(OH)3;当北山地下水中有Si存在时,在pH=6.5~9.7范围内,Am的主要种态为AmSiO(OH)2+3;不同离子的浓度变化对Am的种态分布会产生一定影响,其影响顺序为HCO-3F-SO2-4Cl-。pH和HCO-3对Am溶解度的影响较大,随着地下水pH的升高,Am的溶解度逐渐减小。Am在两种地下水中的溶解度分别为2.01×10-7 mol/L(北山地下水pH=7.56、Eh=164mV)、1.60×10-7 mol/L(西南地下水pH=7.50、Eh=0mV)。     

红壤胶体对U(Ⅵ)的吸附性能及机理

采用静态法研究了某铀矿山附近土壤中的红壤胶体在不同pH值、离子强度、吸附平衡时间、铀溶液初始浓度、胶体用量、胶体粒径和有机质条件下对U(Ⅵ)的吸附影响,从热力学和动力学方面对吸附过程进行了分析,并通过元素分析、红外光谱（FT-IR）和扫描电镜（SEM）对吸附机理进行了初步探讨。实验结果表明：离子强度越小,胶体粒径越小,胶体对U(Ⅵ)的吸附量越大;单位质量红壤胶体对铀的吸附量随铀初始质量浓度的增大而增大,随红壤胶体用量的增大而减少;在25 ℃、pH值为3.5、离子强度为0.001 mol/L时,粒径小于1 μm的红壤胶体的饱和吸附量q_max为76.76 μg/mg。红壤胶体吸附铀酰离子前后的红外光谱表明,与吸附相关的主要基团为羟基、羰基、Si-O、Si-O-Fe等。红壤胶体对铀的吸附遵循Langmuir吸附等温线,符合准二级吸附动力学方程。     

超铀元素Am在膨润土上的吸附行为研究

以甘肃北山BS03井地下水为水相,研究了Am(Ⅲ)在膨润土上的吸附行为,讨论了多种因素,如pH值、Na 、总CO32-、SO42-、腐殖酸、Am(Ⅲ)浓度等对吸附的影响,并就可能的吸附机理进行了探讨。结果表明:膨润土对Am(Ⅲ)具有较强的吸附能力,并与Am(Ⅲ)在水相中的存在形态有关;Am(Ⅲ)在膨润土上的吸附机理为界面配合,且为不可逆吸附;地下水中无机离子(Na 、SO42-和CO32-)浓度增大,不利于膨润土对Am(Ⅲ)的吸附;水相中腐殖酸的浓度增大,Am(Ⅲ)在膨润土上的吸附能力明显降低。Am(Ⅲ)在膨润土上的吸附可用Freundlich吸附等温式描述。     

Eu（Ⅲ）和Am（Ⅲ）在凹凸棒石上的吸附行为

采用静态批式法研究了Eu(Ⅲ)和Am(Ⅲ)在凹凸棒石上的吸附行为.探讨了液固比(V/m)、震荡时间、pH、离子强度(I)及腐殖酸等因素对吸附的影响.测定了(25±1) ℃下不同离子强度时的吸附等温线.实验结果表明,pH对吸附的影响比较大,在pH=2.5～5.5的吸附边界,离子强度对吸附的影响较小.Eu(Ⅲ)和Am(Ⅲ)在凹凸棒石上的吸附主要通过表面络合进行.     

Am在花岗岩中的吸附行为

研究了大气、低氧2种条件下,北山地下水中241Am在花岗岩及其成岩矿物上的吸附行为,观察了pH值、核素浓度以及腐殖酸等多种因素对吸附行为的影响,得到了各种条件下Am在花岗岩上的分配系数,并初步探讨了吸附机理.实验结果表明,花岗岩能很好的吸附241Am,其组分磁黄铁矿在吸附中起主要作用.     

腐殖酸胶体对超铀核素存在形态的影响研究

研究了在腐殖酸存在时，地下水中^237Np,^238Pu和^241Am的存在形态以及在黄土上的吸附。研究结果表明，在地下水中存在腐殖酸时，^237Np形成了假胶体，且胶体份额随腐殖酸浓度的增大而增大；^238Pu和^241Am的胶体份额也随腐殖酸浓度增大而增大。在地下水中存在腐殖酸时，这几种核素在黄土上吸附能力减弱。     

Eu(Ⅲ)和Am(Ⅲ)在Th4(PO4)4P2O7上的吸附行为

通过静态法研究了Am(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)在Th4(PO4)4P2O7上的吸附行为,主要包括吸附平衡时间、固液比、pH值、离子强度以及富里酸(FA)等因素对吸附的影响.实验结果表明,Am(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)在Th4(PO4)4P2O7上的吸附具有相似的pH吸附曲线,pH值的变化对吸附的影响较大,吸附率在pH=2~5时出现剧增;在其他条件相同时,KNO3离子强度从0.01 mol/L增大到0.1 mol/L,吸附率随着离子强度的增大而减小.通过对比实验发现,FA对Am(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)在Th4(PO4)4P2O7上的吸附具有促进作用.Am(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)在Th4(PO4)4P2O7表面可能形成了表面络合物.吸附剂的表面特征及其吸附机理研究是进一步深入研究的重点.     

水相中粘土岩胶体对U(VI)的吸附行为研究

以阿拉善粘土岩胶体为吸附介质,采用静态吸附的方法,探讨了不同铀初始浓度、pH、离子种类对粘土岩胶体吸附U(Ⅵ)行为的影响。实验结果表明:U(Ⅵ)的初始浓度为3μg·mL~(-1)时,达到最佳吸附效果;吸附分配系数随pH的增加呈现先增加后降低的趋势,且在pH=8时达到最佳吸附效果;阴、阳离子对U(Ⅵ)在粘土岩胶体中的吸附有一定的抑制作用,其中Ca~(2+)、HCO_3~-、CO_3~(2-)抑制作用较强。U(Ⅵ)在粘土岩胶体中的吸附等温线符合Freundlich等温方程;吸附前后红外光谱表明,与吸附相关的主要基团为羟基。     

Determination of dissolved natural thorium and uranium in Horonobe and Mizunami Underground Research Laboratory groundwater and its thermodynamic analysis

At two underground research laboratories situated at Horonobe and Mizunami, Japan, trace amounts of natural thorium and uranium dissolved in deep groundwater were investigated with the help of chemical pre-concentration method. The groundwater was sampled from underground boreholes under the geochemical condition of no atmospheric exposure, and the colloid contribution was checked by in situ two size-fractionated ultrafiltration systems. A rough decrease by half in the concentration after in situ filtration suggested the presence of natural colloids and suspended matter that were carriers of a portion of the elements. The Th and U concentrations in groundwater after 10 kDa filtration was evaluated as dissolved species, and was identified thermodynamically using existing hydrogeological and geochemical data, such as the mineral components in the groundwater at a given pH, ionic strength, concentration of co-existing ions, redox potential, and a hypothetical solubility-limiting solid phase. The crystalline solid phase of tetravalent thorium and uranium dioxides made the solubility very low compared with that of the amorphous phase.     

无机胶体对超铀核素的存在形态影响的研究

本文主要研究了几种超铀核素（^237Np,^238Pu和^241Am)的黄土含水层地下水中的胶体形态，及两种无机胶体（膨润土胶体及氢氧化铁胶体）对这些超铀核素形态的影响。研究结果表明，（1）在中国辐射防护研究院野外实验基地地下水中，^238Pu放置24h和48h，以胶体＋悬浮物形态存在的份额，分别达到82％和95％.^237Np不易形成真胶体，几乎全部以离子态存在。（2）该地下水中加入膨润土胶体的浓度从0到100mg/L时，^237Np以胶体存在的份额由0增加到13％。混合核素的胶体份额也略有增加。加入Fe(OH)3胶体，使混合核素胶体＋悬浮物的份额大大增加。     

镅在北山地下水中赋存形态及溶解度分析

使用PHREEQC软件及OECD/NEA出版的镅热力学数据,利用相关矿物的沉淀饱和指数,计算了镅在北山地下水中的赋存形态,探讨了pH值、方解石、CO₂分压及腐殖酸对镅的形态分布与溶解度的影响。结果表明,在近中性条件下镅主要以AmCO⁺ ₃和 AmSiO(OH)²⁺₃形式存在,在碱性条件下易形成AmOHCO₃·0.5H₂O(cr)和Am(OH)₃(cr)沉淀,因此偏碱性的北山地下水有利于阻滞镅的迁移。 围岩中存在的方解石对镅的溶解度和迁移性影响较复杂,在pH 6～8条件下,方解石能微弱地降低镅的溶解度;在pH 8～9.7时,方解石会提高Am(CO₃)^-₂离子的浓度,进而提高镅的溶解度,增强其可迁移性;而在pH 9.7～11时,方解石有利于AmOHCO₃·0.5H₂O(cr)沉淀形成,从而降低镅的溶解度。当固定pH为7.56时,镅的溶解度随二氧化碳分压升高先降低而后增大,在10^-2.25 bar时达最低值。由于易与腐殖酸形成络合物,在弱酸性至弱碱性条件下腐殖酸能提升镅的溶解度,从而增强其可迁移性,应引起重视。     

Deposition Behavior of Polystyrene Latex Particles on Solid Surfaces during Migration through an Artificial Fracture in a Granite Rock Sample

The deposition behavior of colloids during transport through heterogeneous media was observed by conducting column experiments to study migration of polystyrene latex particles (diameter=309 nm) through columns packed with artificially fractured granite rock (length=300 and 150 mm). The experiments were conducted under conditions of different ionic strengths and flow rates. The results were similar to those for colloid deposition in columns packed with glass beads reported previously; the colloid breakthrough curves showed three stages, characterized by different rates of change in the concentration of effluent. Colloid deposition on the fracture surfaces was described by considering strong and weak deposition sites. Scanning Electron Microscopy (SEM) observations indicated the existence of strong and weak sites on the fracture surfaces regardless of mineral composition. The observations also showed that the strong deposition sites tended to exist on surface irregularities such as cracks or protrusions. The degree of colloid deposition increased with increasing ionic strength and decreasing flow rate. The dependencies on ionic strength and flow rate agreed qualitatively with the DLVO theory and the previous experimental results, respectively.     

Am(Ⅲ)在地下水中的溶解度

溶解度对于验证地质化学程序的有效性非常重要,而地质化学程序是迁移模型的一部分。241 Am和243 Am是高放废物深地质处置研究中须重点考虑的核素,Am溶解度的准确测定将为Am的深地质处置安全评价提供可靠的数据。本文采用过饱和法测定了低氧高纯氩气氛中,不同恒定温度下,Am(Ⅲ)在甘肃北山花岗岩地下水中的溶解度,并探讨了温度、硫酸根浓度、碳酸氢根浓度及pH值对溶解度的影响。结果显示,Am(Ⅲ)的溶解度随温度和pH值的升高而减小,随起始硫酸根浓度和碳酸氢根浓度的增大而增大。虽然由于地下水中阴离子的配合作用使Am(Ⅲ)在地下水中的溶解度有增大趋势,但由于处置库近场环境中的温度较高,偏碱性地下水中Am(Ⅲ)的溶解度在温度和pH值升高的影响下大幅减小,最终有利于处置安全。     

Analysis of Sorption Behavior of Cesium and Iodide Ions on Pumice Tuff

In the reliable safety assessment of radioactive waste disposal, the understanding and modeling of the sorption behavior onto the host rock under various groundwater conditions are indispensable. The influence of pH, ionic strength, and the initial concentrations of Cs and I on the sorption of Cs and I on tuff and pumice isolated from the original pumice tuff rock was investigated. For both rocks, the proton concentration has little effect on the K_d values forCs in the pH range 3–10. As the ionic strength of the solution increases in the presence of sodium perchlorate as a matrix ion, the K_d value of cesium apparently decreases, reflecting the competition of the electrolyte Na⁺ with thespecific sorption of Cs⁺ on the negatively charged sites. In contrast, no significant dependence of ionic strength on the K_d of anionic iodine was found. A simple surface complexation model without considering electrostatic works was applied to simulate the sorption of ions on rocks, and the model parameters were determined. The K_d values at the given chemical conditions were estimated using the parameters and compared with the ones in the literature.     

镅的器壁吸附及其对扩散池实验的影响

针对北山地下水介质中镅（Am）在花岗岩内的扩散池实验中出现的Am在器壁上的吸附现象进行研究和分析。对扩散池实验的监测结果表明,母液内Am活度随时间显著降低。通过对可能产生该现象的几种原因进行分析和实验验证,确定了Am在器壁上的吸附损失是导致母液内Am活度降低的首要原因。Am在器壁上的吸附行为主要由Am的赋存形态决定。由于Am的赋存形态常随pH变化而改变,因此,pH对Am的器壁吸附行为影响很大。通过对可能降低Am器壁吸附损失的措施进行分析和探索,结果表明,对于像Am一样的强吸附性核素,不宜选择扩散池法研究其扩散行为。     

Thorium sorption onto magnetite and ferrihydrite in acidic conditions

Sorption of Th(IV) onto two-line ferrihydrite and magnetite in NaClO₄ solutions has been studied as a function of pH and ionic strength revealing that sorption onto both solids increases with pH while it is independent on ionic strength. Sorption capacity of both solids is high, the maximum sorption (almost 100% of Th(IV)) occurs at pH higher than 3.5 for ferrihydrite, and higher than 3.0 for magnetite. Sorption variation with pH was modeled with three different models using the FITEQL 4.0 code: non-electrostatic model, constant capacitance model, and diffuse-double layer model. In all cases, good fit to the experimental data is obtained with one-species: a corner-sharing bidentate-mononuclear surface complex, (FeO)₂Th²⁺, which coincides with the surface complex postulated on these solids surface in previous spectroscopic studies; however, the monodentate species FeOThOH²⁺ also gives a satisfactory fit. Under the experimental conditions of the present study, any effect of possible thorium colloid formation is negligible.     

离子强度、温度和pH值对纳米零价铁富集溶液中Th(Ⅳ)的影响

采用液相还原法制备了纳米零价铁(n ZVI),并将其用于富集溶液中的Th(Ⅳ)。探讨了溶液pH值、离子强度、反应时间、温度及固液比对nZVI富集Th(Ⅳ)的影响。结果表明:nZVI对溶液中的Th(Ⅳ)有很好的富集效果,富集过程受溶液pH值和离子强度的强烈影响,pH≤4.5时分配系数随pH值的增大而显著增大,随离子强度的增加而减小,pH4.5以后,保持较高水平而不再随pH值和离子强度的增加而变化。分配系数随温度的升高而增大,说明升温有利于反应的进行。