PVP包覆纳米Fe3O4对U（Ⅵ）的吸附

以聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone, PVP）包覆纳米Fe₃O₄（以Fe₃O₄@PVP表示,下同）作为U（Ⅵ）吸附剂,开展了pH值、初始铀浓度、吸附温度、离子强度、吸附时间等因素对吸附U（Ⅵ）的影响研究,同时进行了吸附等温线、吸附动力学、吸附热力学与循环利用研究。结果表明,在pH=6.00、温度为20～40℃时,Fe₃O₄@PVP吸附U（Ⅵ）达到平衡的时间为5～60 min,单次铀吸附率均大于75%。该吸附过程符合准二级吸附动力学模型,温度为20～40℃时,准二级吸附速率常数为0.000 646～0.012 500 g/（mg·min）;该过程符合Redlich-Peterson与Langmuir等温线模型,根据Langmuir等温线预估20～40℃时Fe₃O₄@PVP吸附U（Ⅵ）的饱和吸附容量为185.8～291.0 mg/g。此吸附过程是一个吸热过程（标准吸附焓变ΔH^?     

PVP包覆纳米Fe3O4对U（Ⅵ）的吸附

以聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone, PVP）包覆纳米Fe₃O₄（以Fe₃O₄@PVP表示,下同）作为U（Ⅵ）吸附剂,开展了pH值、初始铀浓度、吸附温度、离子强度、吸附时间等因素对吸附U（Ⅵ）的影响研究,同时进行了吸附等温线、吸附动力学、吸附热力学与循环利用研究。结果表明,在pH=6.00、温度为20～40℃时,Fe₃O₄@PVP吸附U（Ⅵ）达到平衡的时间为5～60 min,单次铀吸附率均大于75%。该吸附过程符合准二级吸附动力学模型,温度为20～40℃时,准二级吸附速率常数为0.000 646～0.012 500 g/（mg·min）;该过程符合Redlich-Peterson与Langmuir等温线模型,根据Langmuir等温线预估20～40℃时Fe₃O₄@PVP吸附U（Ⅵ）的饱和吸附容量为185.8～291.0 mg/g。此吸附过程是一个吸热过程（标准吸附焓变ΔH^?     

18-冠-6/LA/Fe3O4复合磁性纳米粒子的制备及其吸附性能研究

Fe₃O₄磁性纳米粒子（MNPs）比表面积大、吸附能力强,且在外磁场作用下易于液固分离,冠醚具有对铀酰离子选择性配位的能力。本研究制备了兼具两者特点和优势的18-冠-6/LA/Fe₃O₄复合磁性纳米粒子。其结构经红外（IR）、扫描电镜-X射线能谱（SEX/EDX）、振动样品磁强计（VSM）、热综合分析仪（TGA）进行表征,表明18-冠-6/LA/Fe₃O₄复合磁性纳米粒子的粒径为12～23 nm,饱和磁化强度为56.34 emu/g。用制得的复合磁性纳米粒子对溶液中铀酰离子进行初步吸附实验,在选定的条件下,平衡吸附率达95%,操作方法快速简便,吸附后的磁粒子可方便地进行富集和回收。     

HR3C在超临界水中的腐蚀性能研究

通过高压釜浸泡实验研究了超级奥氏体不锈钢HR3C在循环的超临界水（SCW）中的均匀腐蚀性能,实验温度分别为550、600、650 ℃,压力为25 MPa,并对实验后试样生成的氧化膜进行了SEM、EDS和XRD分析。实验结果显示,HR3C在SCW环境中的氧化腐蚀速率随着温度的升高而增大,1 500 h后650 ℃ SCW环境下材料的腐蚀增重约为550 ℃时的2倍。材料表面生成的氧化膜主要成分为FeCr₂O₃、Fe₃O₄和Fe₂O₃,内层氧化膜富Cr而外层氧化膜富Fe。     

高温结晶合成Mn2O3@MoS2复合材料及其对铀的吸附性能

采用高温熔盐电解法合成了MoS₂,为了提高MoS₂对铀的吸附性能,以MoS₂为基底复合Mn₂O₃。MoS₂的片层结构有效地分散了Mn₂O₃的团聚,同时引进了亲铀氧基团。采用电子扫描显微镜及能谱(SEM & EDS)、X射线衍射仪(XRD)、Zeta电位仪等对Mn₂O₃@MoS₂复合材料进行了表征,表征结果表明,高温结晶合成的Mn₂O₃@MoS₂复合材料具有完整的微观形貌和稳定的晶体结构。通过静态吸附批实验探究了在不同变量下Mn₂O₃、MoS₂和Mn₂O₃@MoS₂三个材料对溶液中铀的吸附效果,结果表明,Mn₂O₃@MoS₂的吸附性能优于Mn₂O₃和MoS₂,在pH=5.5时,吸附平衡时间为90 min,吸附动力学遵循准二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型。Mn₂O₃@MoS₂的单层饱和吸附容量为117.5 mg/g,在293.15~318.15 K的温度梯度中,升温有利于吸附进行。     

Fe-Al/Al2O3涂层表面氧化膜的掠入射X射线衍射研究

本文采用掠入射X射线衍射（GXRD）α-2θ扫描模式,进行了掠入射角α为0.1°～5°范围内Fe-Al/Al₂O₃阻氚涂层表面氧化膜的X射线衍射实验。结果表明,随α的增加,表面氧化膜中Al₂O₃相与Fe₃Al相对应的衍射峰强度绝对值增强;α的增加加深了分析区域的深度,引起Al₂O₃相的相对含量下降,导致Al₂O₃相对衍射峰强度降低。对Fe-Al/ Al₂O₃涂层表面氧化膜的掠入射X射线衍射而言,较佳的掠入射角是0.25°,此时对应Al₂O₃相的衍射峰相对强度最高。经比对PDF卡片,表面氧化膜相结构为暂态γ-Al₂O₃（200）。在此基础上建立了GXRD分析Fe-Al/ Al₂O₃涂层表面亚微米氧化膜的相结构组成的快速无损检测方法。     

UiO-66-AO的制备及其对铀的吸附

通过氮杂-迈克尔加成和胺肟化反应制备出UiO-66-AO材料,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)等手段对材料微观性质进行表征研究。深入考察了溶液的pH值、U(Ⅵ)初始浓度和温度等环境因素对吸附性能的影响。结果表明:UiO-66-AO材料对U(Ⅵ)的吸附在pH=5、4 h就达到平衡,吸附过程符合准二级动力学模型;在pH=5、55℃时,吸附容量可达到244 mg/g,吸附过程符合Langmuir等温吸附模型;该吸附是一个自发、吸热反应过程。此外,UiO-66-AO在众多其它金属离子存在情况下对U(Ⅵ)也具有优异的吸附效率。     

纳米Y2O3/环氧树脂复合材料辐射防护性能及正电子寿命研究

传统的屏蔽X/γ射线材料一般为铅或含铅材料，存在有毒、质量重、不易成型、价格较高等缺点，而高分子复合材料被认为是未来能够有效防护核辐射的新型材料。环氧树脂（Epoxy Resin,EP）作为基材具有诸多优点，如耐腐蚀、力学性能好、耐磨性强、绝缘性优良及耐辐照性较强等，稀土材料对20～88 keV能区的X/γ射线有比较好的屏蔽效果，能够弥补铅的弱吸收区，同时可规避铅的毒性。为验证纳米稀土三氧化二钇/环氧树脂（Y₂O₃/EP）复合材料对X/γ射线的屏蔽性能，首先采用Y₂O₃填充到环氧树脂中制备了不同氧化钇含量的Y₂O₃/EP复合材料。然后利用正电子寿命谱、X射线衍射、扫描电镜研究了材料的微观结构，用热重分析仪及差示扫描量热仪测试了材料的热稳定性，用维氏硬度计及万能拉力机测试了材料的机械性能。最后利用蒙特卡罗程序对样品的辐射防护性能进行了模拟计算。研究结果表明：Y₂O₃填充到环氧树脂中可提升复合材料的热稳定性、硬度及杨...     

新型磁性螯合聚合物的合成及其对铀吸附性能的研究

合成了一种新型的、具有高吸附量和机械强度且易于分离的双偕胺肟基聚合物/Fe₃O₄@SiO₂吸附剂,通过静态吸附实验,研究了pH值、固液比、吸附时间、溶液初始浓度等因素对吸附剂吸附铀的影响,并探讨了吸附过程的热力学和动力学。结果表明,吸附剂对铀的吸附量随吸附剂用量、吸附时间及铀酰离子初始浓度的增加而增加,但当这些因素达到一定值时,吸附达到平衡。最佳吸附条件为：pH=5、固液比为0.6 g/L、吸附时间为90 min、铀溶液初始浓度为100 mg/L,在此条件下其饱和吸附量可达到160 mg/g。吸附剂对铀的吸附遵循Langmuir等温吸附线,符合准二级动力学方程。     

低活化马氏体钢在ITER水环境中的腐蚀性能研究

低活化马氏体钢作为聚变堆候选的结构材料,其腐蚀性能影响冷却回路辐射场的分布。本文选取CLAM、CNS-1和SCRAM-9 3种钢材,并用T91与3种钢材进行对比,分析4种材料的性能。整个实验回路温度维持在150 ℃,溶氧量小于0.01 mg/kg,pH值为7（20 ℃）,电导率小于1 μS/cm,压力为1 MPa,水的流速设为6 m/s。实验后,所有样品均采用失重分析法、XRD、EDS及SEM分析。结果显示,随着时间的增加,材料的失重量增加,腐蚀速率减少。4种材料的失重量均遵循幂函数规律,T91钢的耐腐蚀性较另3种钢好,而3种材料中CLAM的抗腐蚀性能相对更好;样品表面氧化层变得越来越致密且非常薄。氧化层腐蚀产物主要是Fe₂O₃和Fe₃O₄。     

316NG不锈钢在硼-锂溶液中的电化学腐蚀行为研究

利用电化学方法获得316NG不锈钢（316NG）在300℃、pH=5~8硼-锂溶液中的极化曲线和交流阻抗（EIS）,并绘制相应水化学条件下的电位-pH图。结果表明:碱性条件下钝化区尤其是二次钝化区极化电流急剧减小,pH=7~8时阳极极化表现出3次钝化现象,偏碱性条件极化阻抗显著高于偏酸性和近中性条件,说明碱性条件下316NG表面钝化膜保护效果更佳。pH=5时电化学极化后样品表面主要生成Cr₂O₃和Fe₂O₃;碱性条件下（pH=6~8）样品表面氧化膜为分层结构:最外层为Fe₃O₄,随深度增加开始出现NiFe₂O₄,内层成分主要为FeCr₂O₄。随着电导率升高,溶液电阻、电荷传递电阻和钝化膜电阻均显著降低。依据极化曲线绘制的电位-pH图与文献结果相吻合。      

功能化ZIF-90对模拟废液中Co(Ⅱ)的吸附性能

为开发一种兼具高选择性、大吸附容量和快速吸附能力的吸附剂以高效处理放射性废液,本文通过合成后改性,将金属有机框架(MOFs)材料ZIF-90上的游离醛基与硫代氨基脲(TSC)进行缩合,进一步合成了功能化的MOFs材料ZIF-90-TSC。采用扫描电镜、热重分析、N₂吸附-解吸、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱对该材料进行了表征,并研究了其对模拟废水中Co(Ⅱ)的吸附性能。结果表明：在初始pH=6.70、温度303 K、Co(Ⅱ)初始浓度500 mg/L条件下,ZIF-90-TSC对Co(Ⅱ)的最大吸附量为151.23 mg/g;在多金属离子溶液中ZIF-90-TSC对Co(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)表现出选择性吸附。热力学和动力学分析表明,ZIF-90-TSC对Co(Ⅱ)的吸附过程是自发、吸热的过程,符合准二级化学吸附和Langmuir单分子层吸附。因此ZIF-90-TSC在吸附处理放射性废液中的Co(Ⅱ)有一定的应用前景。     

亚铁氰化锌对Co(Ⅱ)的吸附

利用共沉淀法制备了亚铁氰化锌配合物(KZnFC),采用静态法研究了温度、pH值、吸附时间、Co2+初始浓度等因素对Co(Ⅱ)在KZnFC上吸附性能的影响,同时研究了KZnFC重复利用的可能性,从热力学和动力学方面对吸附过程进行了分析,并通过KZnFC吸附Co(Ⅱ)前后的透射电镜(TEM)、全谱等离子体直接光谱仪(ICP)和X射线衍射分析(XRD)对吸附机理进行了初步探讨。实验结果表明:pH值和Co2+初始浓度对吸附过程有显著影响;在25℃、pH=5.5、吸附平衡时间为300min时KZnFC的平衡吸附量Qe=38.53mg/g;KZnFC经过HCl和KCl溶液解吸后具有较好的重复利用性能。KZnFC对Co(Ⅱ)的吸附过程符合Langmuir吸附模型和假二级反应动力学模型。KZnFC吸附Co(Ⅱ)前后的ICP和XRD分析表明,该吸附过程是以样品中K+与溶液中的Co2+发生离子交换为主,吸附后样品晶格常数发生改变,影响了晶体的择优取向。     

热-水-力-化学耦合作用下Ca0.86Nd0.14Ti0.86Al0.14SiO5固溶体的化学稳定性

以CaCO₃、Nd₂O₃、TiO₂、SiO₂、Al₂O₃为原料,用固相法制备掺钕榍石固溶体（Ca_0.86Nd_0.14Ti_0.86Al_0.14SiO₅）。采用PCT法进行浸泡实验,借助X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）等分析手段,研究掺钕榍石固溶体在热 水 力 化学（THMC）耦合作用下的化学稳定性。结果表明,在pH值为5～9、温度150～200 ℃、压强0.476～1.554 MPa的耦合作用下,Ca_0.86Nd_0.14Ti_0.86Al_0.14SiO₅固溶体具有良好的化学稳定性;pH值、温度（压力）对Ca_0.86Nd_0.14Ti_0.86Al_0.14SiO₅固溶体中Si⁴⁺、Al³⁺、Nd³⁺的归一化浸出率无明显影响;Ca²⁺在200 ℃（1 554 MPa）时的抗浸出性能较150 ℃时的好;在浸泡初期（1～21 d）Ca²⁺在pH值为9时的抗浸出性能优于pH值为5和7时的,浸泡后期（28、42 d）3种溶液中固溶体的Ca²⁺抗浸出性能趋于一致;Ti⁴⁺在pH值为9时的抗浸出性能较pH值为5和7时的好。     

稀土氧化物Gd2O3、Nd2O3、Sm2O3和Dy2O3在KCl-LiCl-Li2O熔盐中的电解

采用循环伏安法和计时电位法研究了Li₂O在KCl-LiCl熔盐中的电化学行为,并利用卷积伏安法计算了923 K下O₂^-在KCl-LiCl熔盐中的扩散系数（D),得到D=0.5×10^-5 cm²/s。以Gd₂O₃、Nd₂O₃、Sm₂O₃和Dy₂O₃为阴极,在KCl-LiCl-Li₂O(w=1%)熔盐中进行电解（恒电压3.40 V、电解温度923 K、电解时间25 h）。通过X射线衍射分析(XRD),证实稀土氧化物被部分还原为金属,并分析了电解过程中可能发生的反应。同时利用PRS模型（该模型可将固态阴极内离子的极限扩散速率与固态氧化物孔隙P、金属/氧化物摩尔体积R、阴极还原后的体积收缩率S等参数关联）分析了这些稀土氧化物的电解还原模型,得到Gd₂O₃、Nd₂O₃、Sm₂O₃和Dy₂O₃的最优孔隙率分别为18.7%、24.2%、30.6%、16.7%,最短电解时间分别为133、157、143、119 h,将这些结果与电解实验结果进行对比,发现阴极的孔隙率和电解时间均不满足金属氧化物完全被还原的要求,并给出了相应的解释。     

堆芯熔融物被牺牲性材料稀释后的热物性计算

在压力容器内滞留熔融堆芯的过程中,应用牺牲性材料的堆芯熔融物稀释方案是先进轻水堆中一种新型的严重事故缓解措施。当堆芯熔融物被牺牲性材料稀释后,会形成三元或三元以上的熔融混合物。计算多元熔融混合物的热物性是进行牺牲性材料筛选、传热计算和评价稀释方案可行性的重要前提。本文比较了Fe₃O₄、TiO₂和Al₂O₃-3种候选氧化物牺牲性材料（OSM）的基本物性,并计算了熔融三元UO₂-ZrO₂-OSM混合物的密度、比热容、热导率和黏度。研究发现,为保证熔融结构发生翻转,需布置的Fe₃O₄材料的质量较大,而TiO₂和Al₂O₃材料的质量较小。混合物的比热容和热导率随着OSM添加量的增加而增大,而黏度随OSM添加量的增加而减小。混合物熔点T_c越小,在相同温度下混合物的黏性也越小。     

H 2 O2活化蒙脱石对溶液中U(Ⅵ)的吸附

利用H₂O₂对蒙脱石进行活化,获得了活化蒙脱石吸附材料(A_X-MMT),采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外谱图(FTIR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、比表面分析(BET)、表面Zeta电位分析等手段对活化样品进行了表征;采用静态批量实验法,考察了H₂O₂浓度、pH值、接触时间和共存阴阳离子对U(Ⅵ)在A_X-MMT上吸附率的影响。结果表明：活化保留了蒙脱石基础结构,其阳离子交换容量(CEC)有所减少,但层间距、比表面积、孔隙体积、表面酸位点和表面Zeta电位均有明显提升,对溶液中U(Ⅵ)的吸附性能显著增强;在最佳活性和吸附条件下(H₂O₂质量分数、pH值和接触时间分别为10%、6和24 h),蒙脱石对U(Ⅵ)的吸附性能提升了8.5倍,吸附行为符合准二级吸附动力学模型;在共存阴阳离子的干扰下,H₂O₂活化蒙脱石能对U(Ⅵ)展现良好的吸附性能。     

H2O2活化蒙脱石对溶液中U(Ⅵ)的吸附

利用H₂O₂对蒙脱石进行活化，获得了活化蒙脱石吸附材料(A_X-MMT)，采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外谱图(FTIR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、比表面分析(BET)、表面Zeta电位分析等手段对活化样品进行了表征；采用静态批量实验法，考察了H₂O₂浓度、pH值、接触时间和共存阴阳离子对U(Ⅵ)在A_X-MMT上吸附率的影响。结果表明：活化保留了蒙脱石基础结构，其阳离子交换容量(CEC)有所减少，但层间距、比表面积、孔隙体积、表面酸位点和表面Zeta电位均有明显提升，对溶液中U(Ⅵ)的吸附性能显著增强；在最佳活性和吸附条件下(H₂O₂质量分数、pH值和接触时间分别为10%、6和24 h)，蒙脱石对U(Ⅵ)的吸附性能提升了8.5倍，吸附行为符合准二级吸附动力学模型；在共存阴阳离子的干扰下，H₂O₂活化蒙脱石能对U(Ⅵ)展现良好的吸附性能。     

Fe3O4纳米磁性微粒对钴和锶的吸附

为降低90Sr和60Co对环境的污染,用共沉淀法制备了粒径为10 nm的Fe3O4磁性微粒,分散于水中生成饱和磁化强度（M）为350 kA/m的水基磁流体,用此磁流体对Co2+, Sr2+进行了吸附研究。结果表明,在45 ℃,吸附60 min时,Co2+, Sr2+分别在pH=7和pH=8下达到吸附平衡,吸附容量为1.794, 0.962 mmol/g。用Langmuir等温模型、假二级动力学模型探讨了Fe3O4纳米磁性微粒对Co2+, Sr2+的吸附机制,研究结果表明,该过程是单离子层吸附过程。     

粉煤灰衍生介孔硅钙材料吸附去除Co(Ⅱ)及放射性过渡金属离子性能研究

针对含低水平放射性过渡金属离子废水的处理需求,本工作以Co(Ⅱ)为代表,研究了粉煤灰衍生介孔硅钙材料对Co(Ⅱ)的吸附去除性能。研究结果表明,高铝粉煤灰“预脱硅-碱石灰烧结提铝”工艺在预脱硅阶段产生的硅钙材料副产品,以水化硅酸钙（C-S-H(Ⅰ)）（钙硅原子摩尔比n(Ca)/n(Si)=0.98～1.00）为主要矿相,属于具有高比表面积（733 m²/g）且孔隙发达的介孔材料,同时,其具有良好的酸碱缓冲性能（pH=2～10）以及一定的阳离子交换性能（Ca²⁺/H⁺）。介孔硅钙材料在35～60℃对Co(Ⅱ)吸附容量最高可达209~296 mg/g,整个过程符合Langmuir单分子层化学吸附,为吸热反应,吸附可在3 h内快速达到平衡,吸附机理主要为离子交换（占84.5%）。而对实际核电站大修废水的吸附试验结果表明,对其中的放射性Co(Ⅱ)去除率大于98.6%,并且其他放射性过渡金属离子也得到去除。在当前放射性核素的水泥固化处置中,介孔硅钙材料不仅与水泥有较高的相容性从而实现放射性核素的高效稳定化,同时还可替代部分水泥从而实现固化产物的减量化,具有较好的环境和经济效益,因此,该介孔硅钙材料在放射性废水核素去除方面具有较大的资源化应用潜力。