Na_2O/Al_2O_3摩尔比对模拟高放废液硼硅酸盐玻璃固化体结构和性能的影响

研究了Na2O/Al2O3摩尔比(n)对模拟高放废液硼硅酸盐玻璃固化体结构和性能的影响。利用红外光谱分析了不同Na2O/Al2O3摩尔比时硼硅酸盐玻璃固化体的结构变化,并用溶解速率法(DR)和全谱直读等离子发射光谱(ICP-OES)表征了所制备出固化体的化学稳定性。结果表明:在研究组分范围内,当n1.0时,硼硅酸盐玻璃固化体结构中Al以[AlO4]四面体的形式存在,但[BO3]三角体的量较大;随着Na2O/Al2O3摩尔比的增加(n=1.0),固化体结构中[BO3]三角体向[BO4]四面体转变,Al仍以[AlO4]四面体的形式存在,固化体结构稳定性增加;Na2O/Al2O3摩尔比继续增加(n=1.5或2.0),固化体成分中由于Al含量已很少而使[AlO4]含量过少,对固化体结构网络致密性的影响起主要作用,且此时成分中存在过多的碱金属离子在结构中起断网作用,玻璃固化体网络结构变疏松。在Na2O/Al2O3摩尔比为1.0时,玻璃固化体有相对较佳的结构稳定性和化学稳定性,浸泡56d后的失重速率为10-9 g/(cm2·min)数量级,且浸出液中各浸出离子的平均浓度最低。     

模拟铯废物玻璃固化体组成对浸出性能的影响

按正交试验设计方法设计了熔制模拟铯废物钛硅酸盐玻璃固化体的配料组成 ,制备了相应的固化体样品。按静态浸出试验方法 (MCC- 1)对样品进行了浸出试验 ,条件为去离子水、90℃、7d、样品表面积与去离子水体积之比为 10 m-1。用电感耦合等离子体原子发射光谱 (ICP- AES)和原子吸收 (AAS)测定浸出液中各种离子的浓度。结果表明 ,固化体浸出液中主要含 Na+和 Si4+ ,其次是 Cs+。固化体中Zr O2 组分对浸出性能影响最大 ,其次是 Ti O2 / Si O2 (摩尔比 )。配料中 Zr O2 的摩尔分数选择在 1.5 %～4 .5 %之间、Ti O2 / Si O2 的摩尔比在 0 .4 0左右时 ,有利于减少 Cs+ 及 Na+ 、Si4+ 的浸出     

无机锶吸附剂的制备及其应用

为了去除放射性溶液中的90Sr,采用高锰酸钾和氯化锰的水溶液在pH=10~12、60℃的水浴中反应制备了一种MnO2吸附材料,并用X射线衍射法对其进行了初步分析和表征,该样品为α-MnO2和γ-MnO2的混合晶相。采用静态实验对该吸附剂进行研究,并将其与9种常见的天然锶吸附材料进行比较。结果表明:该吸附剂对90Sr的吸附效果明显好于常用天然吸附材料;其对90Sr的吸附速率非常快,约20min即可吸附平衡,且具有较高的理论饱和吸附容量(Q≈0.52mmol/g)和吸附分配系数(Kd),其典型Kd≈104 mL/g;随着硝酸浓度增加90Sr的Kd值迅速降低,当c(HNO3)=0.01mol/L时,Kd≈6×103 mL/g,而当c(HNO3)=0.1mol/L时,Kd值仅为6mL/g,降低了3个数量级;Na+、K+的含量对Kd值的影响较小,随其浓度增加Kd值缓慢降低,但Co2+、Ca2+对锶的Kd值具有较大的影响,随离子浓度增加Kd值快速减小。该吸附剂对模拟和真实放射性废液的90Sr动态去除实验结果表明,其对锶具有很好的吸附性能,可用于去除放射性废水中的90Sr。     

UO2-(Zr0.8Ca0.2)O1.8面心立方固溶体微球制备工艺研究

为研制出耐辐照的新型单相陶瓷燃料,采用溶胶-凝胶法,通过复合溶胶配制、分散胶凝、洗涤、干燥煅烧与烧结过程,开展了UO2-(Zr0.8Ca0.2)O1.8燃料微球制备工艺研究,制备出铀摩尔分数含量分别为30mol%、50mol%、70mol%的UO2-(Zr0.8Ca0.2)O1.8燃料微球样品。在对工艺过程进行分析的基础上,通过实验确定了工艺参数。采用X射线衍射（XRD）对3种燃料微球样品进行分析,分析结果表明:铀摩尔分数含量分别为30mol%、50mol%、70mol%的UO2-(Zr0.8Ca0.2)O1.8燃料微球样品均为面心立方（FCC）固溶体结构。      

模拟高放玻璃固化体在低氧地下水中的长期蚀变行为研究

高放废物玻璃固化体的长期蚀变行为对深地质处置场的安全评价非常重要。玻璃蚀变在正常条件下发展缓慢,为了能够预测玻璃的长期蚀变行为,本研究采用了150℃下,玻璃体表面积与浸泡溶液体积比(S/V)为6 000 m-1的粉末静态浸泡法(PCT法)来加快腐蚀进度,用扫描电子显微镜-X射线能谱仪(SEM-EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了固体样品表面形貌和二次矿物相,用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)分析了浸出液中的元素含量。结果表明,模拟高放废物玻璃体在遭受苦咸地下水长期浸泡的后果是表面生成蜂窝状富Mg和Fe的页硅酸盐和铝硅酸盐矿相,这些二次矿相主要是绿脱石[Na0.3Fe2Si4O1(0OH)2.4H2O]、蒙脱石[Ca0.(2Al,Mg)2Si4O1(0OH)2.4H2O]、发光沸石([Na2,K2,Ca)Al2Si10O24.7H2O]和斜发沸石([Na,K,Ca)5Al6Si30O7.218H2O]等矿物。玻璃的溶解进一步加深后,B和Na会以硼砂形式浸出。页硅酸盐矿物的形成会加快玻璃的溶解速度,重新恢复的最大速率要比之前稳定的速率高出约4倍。     

极低放废物填埋场土壤对U、Sr的吸附及影响

为了解U、Sr在极低放废物预选场址土壤中的吸附行为,分别以238U和90Sr溶液为示踪剂,用静态吸附法测定吸附分配系数,并研究pH、共存离子、胶体等条件的影响.研究结果表明:场址土壤对U、Sr的最大分配系数分别为11 300和723 mL/g;U、Sr的吸附均符合Fruendlich等温吸附方程;当pH为4～8时,铀的吸附分配比最大,而锶的分配系数最小;Ca2+和Mg2+的引入均能降低土壤对U、Sr的吸附,且对Sr的影响大于对铀的影响;在CO2-3和C2O2-4浓度很低时,能显著降低U的吸附分配系数;而CO2-3的存在能够增大其对Sr的吸附;Fe(OH)3胶体的存在使U、Sr的吸附分配系数显著降低;腐殖酸(HA)的存在使土壤对U的吸附减弱,但能够增大Sr在土壤中的吸附.     

钕在钙钛锆石和榍石组合矿物中的固溶机制

以ZrSi O4、CaCO3、Ti O2、Al2O3、Nd2O3为原料,引入Al3+作价态补偿,通过固相反应制备包容模拟三价锕系核素Nd的钙钛锆石(CaZrTi2O7)和榍石(CaTiSi O5)组合矿物固化体。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜/能谱仪(SEM/EDS)研究其矿相组成、微观结构和元素分布,探讨Nd在钙钛锆石和榍石组合矿物固化体中的固溶机制。研究表明:钙钛锆石和榍石组合矿物固化体较佳的合成条件是在1 230℃条件下保温30 min,较佳配方的摩尔比为n(Ca1-x/2-y/4Nd(x+y)/2Zr1-y/4Alx/2Ti2-x/2O7)∶n(Ca1-xNdxAlxTi1-xSi O5)=[4/(4-y)]∶1;Nd3+能够进入钙钛锆石和榍石晶格,榍石能够固溶Zr4+、Al3+、Nd3+,Zr4+和Nd3+取代Ca2+位,Al3+占据Ti4+位,钙钛锆石能够固溶Al3+、Nd3+,Nd3+进入Ca2+位和Zr4+位,Al3+占据Ti4+位。     

CeO_2/NaF吸附剂的制备及其对MoF_6的吸附性能研究

将作为粘结剂和造孔剂的高分子羧甲基纤维素钠(Carboxymethylcellulose,CMC)、Ce F3和Na F按4:9:62的质量比例混合,再加一定量的水(CMC与水的比为1:6),通过混捏、成形和烧结等程序制得了一种新型的Ce O2/Na F吸附剂颗粒。通过研究Ce O2的掺杂对Na F吸附剂表观性质和吸附性能的影响发现:Ce O2/Na F吸附剂的比表面积为(0.84±0.04)m2·g-1,是相同条件下制得的Na F吸附剂的两倍以上;孔隙率为42.2%,也优于Na F吸附剂;Ce O2/Na F和Na F吸附剂对Mo F6的饱和吸附容量相当,但Ce O2/Na F吸附剂的初始吸附速率明显大于Na F吸附剂;吸附于Ce O2/Na F吸附剂上的Mo F6在150–300°C单个温度段解吸附,而吸附于Na F吸附剂上的Mo F6在100–300°C和350–400°C两个温度段发生解吸,表明Ce O2的引入在一定程度上起到了稳定Mo F6的作用。在Na F吸附剂内掺杂Ce O2可以改变Na F吸附剂部分表观性质,从而改善Na F的吸附性能。     

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)。     

火焰原子吸收法测定放射性废物固化体中模拟核素铯和锶

本文提供了一个用火焰原子吸收法测定包容模拟核素Cs、Sr固体浸出液中Cs、Sr的连续测定方法。对一些主要共存元素Si、Fe、Al、Ca、Mg、K、Na对Cs、Sr测量的干扰,以及干扰的消除进行了某些研究。加入1.00mg/mlK+作为消电离剂,2.50mg/ml La~(3+)作为释放剂,在同一溶液中进行Cs、Sr连续测定。测得本方法回收率Cs为96％,Sr为98％。本方法简便易行,能为放射性废物固化试验迅速准确地提供分析数据。并能适用于水泥以及玻璃固化体中核素Sr、Cs的测定。     

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%。     

模拟核素固化体SrZr_xTi_(1-x)O_3的化学稳定性

为研究90Sr衰变子体对90Sr Ti O3固化体结构稳定性的影响,以C4H6O4Sr·0.5H2O、Ti O2及Zr OCl2·8H2O粉体作为原料,按照化学计量比Sr ZrxTi1-xO3(0≤x1)设计配方,采用高温固相法制备一系列固化体。利用X射线衍射光谱(X-ray Diffraction,XRD)、扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)及红外(Fourier Transform Infrared,FT-IR)谱仪对制备固化体的物相、结构和微观形貌进行分析表征,并对其抗浸出性能和辐照性能进行了研究。结果表明,当x0.5时,固化体为单一物相;当x≥0.5时,固化体中出现第二相。固化体中的Sr2+、Zr4+的浸出浓度随浸泡时间而增大,在浸泡42 d时,Sr2+的最大浸出浓度为0.006 5μg?m L-1,Zr4+的最大浸出浓度为0.01μg?m L-1。     

碱矿渣胶凝材料固化废TBP的配方初步研究

核工业中产生的放射性废磷酸三丁酯（TBP）存在巨大的潜在危害,其处理是一世界性难题,国内尚处于理论研究阶段。本文针对废TBP碱度大和有机物盐份高的特征,提出了碱激发胶凝材料的固化处理方法,并研究了激发剂用量、水解产物包容量和养护时间对固化体的机械性能、抗水性、抗冻融性、水化程度、碱度、矿物组成以及活性Al、Si含量的影响。与硅酸盐水泥和矿渣水泥相比,碱矿渣胶凝材料在固化TBP水解产物方面凸显优越性,当包容量为14.49%时,碱矿渣胶凝材料固化体28 d的强度为18.90 MPa,而硅酸盐水泥固化体的强度仅8.69 MPa。碱矿渣胶凝材料中Cs和Sr的抗浸出性、抗冻融和抗冲击性能均明显优于矿渣水泥和硅酸盐水泥。     

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。     

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。     

几种有机物对AlSUB>2/SUB>OSU

采用静态法研究了几种有机物存在时,pH对Eu(Ⅲ)和Am(Ⅲ)在Al2O3上吸附的影响。实验结果表明,在Am(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)的浓度较低(1~10 nmol/L)、液固比为100 mL/g及离子强度为0.05 mol/kg KNO3等实验条件下,与不加入任何有机物相比,当pH=3.5~5.0时,加入水杨酸、邻苯二甲酸、邻苯二酚后,Al2O3对这2种离子的吸附率随pH增加而增加;当pH<3.5或pH>5.0时,pH对这2种离子的吸附率几乎没有影响。加入富里酸后,当pH<4.5时,2种离子的吸附率随pH增加而增加,且与加入其它有机物相比,富里酸能明显提高这2种离子的吸附率;而当pH>5.0时,2种离子的吸附率随pH增加而下降。     

Si原子在CeO2(111)表面吸附与迁移的第一性原理研究

为探究Si原子在CeO₂(111)表面吸附的微观行为,采用第一性原理的方法研究了Si原子在CeO₂(111)表面的吸附作用、电子结构和迁移过程,计算了Si原子在CeO₂(111)表面的吸附能,最稳定及次稳定吸附位置的电子态密度与电荷密度分布、迁移激活能。计算结果表明：Si原子最易吸附于基底表层的O原子上,其中O桥位（O_bri）吸附作用最强,O顶位（O_t）和O三度位（O_h）吸附强度次之。Si原子仅对其最邻近的表层O原子结构影响较大,这与Si原子及其最邻近的O原子间电荷密度重叠程度增强的结果一致。Si原子最易围绕着O_t位从O_bri位向O_h位迁移,迁移所需激活能为0.849 eV。     

多谱线技术测定核电厂硼酸介质中Na、Al、Si含量的应用

核电厂一回路硼酸介质中Na、Al、Si的含量是监督反应堆水化学工况的重要参数,通常使用ICP-AES测量。由于硼基体的影响,使用ICP-AES时分析结果易受光谱干扰,测量误差较大。本文采用MSF技术有效校正了硼酸介质中硼基体对Na、Al、Si检测的干扰。当样品中Na或Al浓度为10～40μg/kg,硼浓度为200～2 500mg/kg时,测量误差不大于14.2%;当Si的浓度以SiO_2计为100～400μg/kg,硼浓度为0～2 500mg/kg时,测量误差不大于6.0%;所有测量结果RSD不大于3.24%(n=3)。MSF模型稳定性能良好,可较长时间用于分析检测。     

荧光衰减光谱法研究Eu(Ⅲ)在氧化铝表面的化学形态

为了解化学性质与Eu相似的长寿命镧系和锕系元素在环境中的化学形态,用荧光衰减光谱法测定了N2环境下,在pH=5.3±0.1,离子强度为0.1mol/kgNaClO4条件下,Eu(Ⅲ)在氧化铝和胡敏酸氧化铝表面上的化学形态及Eu(Ⅲ)与胡敏酸的配位特性。研究结果表明,当胡敏酸被吸附到氧化铝表面上时,胡敏酸对Eu(Ⅲ)在氧化铝上的吸附具有很强的促进作用;在胡敏酸存在下,Eu(Ⅲ)在氧化铝上可能的吸附形态为:≡(Al—O)—Eu—HA+·(H2O)5和≡(Al—O)—Eu—HA+·(H2O)2。     

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。