利用天然材料去除海水中放射性核素的研究.pdf

1、2011年3月11日,受地震和海嘯的雙重影響,日本福島第一核電站發(fā)生嚴(yán)重核安全事故,由此而產(chǎn)生的大量高鹽高放射性污水迄今仍未能得以妥善處理。因而開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的高鹽放射性污水大規(guī)模應(yīng)急處理技術(shù)成為了構(gòu)建核電安全體系的一個(gè)重要組成部分。本文針對(duì)這一問題,通過模擬核素和模擬實(shí)驗(yàn)的方式,對(duì)海水中放射性核素在若干低成本材料表面的離子交換、吸附、共沉淀等行為進(jìn)行了初步的評(píng)估,以期通過相關(guān)材料的綜合利用去除海水中多種放射性核素,為相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)

2、提供基礎(chǔ)性支撐數(shù)據(jù)。
　　為實(shí)現(xiàn)這一目的,本文選取了如下三種主要類型的材料作為研究對(duì)象,主要有:(1)硅酸鹽類礦物,包括各種規(guī)格的天然沸石、人造沸石和粘土礦物;(2)鐵基材料,主要包括氧化鐵和氫氧化鐵;(3)鈣質(zhì)礦物,主要包括兩種不同晶型的碳酸鈣礦物(方解石和文石)和由貝殼粉轉(zhuǎn)換而來(lái)的氫氧化鈣。在實(shí)驗(yàn)前,運(yùn)用掃描電鏡、X射線衍射儀、激光粒度儀等設(shè)備對(duì)其基本物理特征(表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)、顆粒分布)進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)首先在簡(jiǎn)單水溶液中進(jìn)

3、行,其目的是對(duì)各種材料進(jìn)行初步的篩選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:(1)沸石類材料對(duì)一價(jià)離子Cs+和二價(jià)離子Sr2+、Pb2+有比較好的去除效果,粘土礦物類材料對(duì)溶液中的 Sb和 U有良好的去除效果;(2)鐵基材料由于其表面活性的巨大差異導(dǎo)致吸附效率懸殊,其中氫氧化鐵對(duì)除Cs+和Sr2+以外的其他模擬核素均有非常明顯的去除效率;(3)鈣質(zhì)礦物中,碳酸鈣類材料對(duì)Mn、Co、Th、Pb有比較好的去除效果,氫氧化鈣則對(duì)Mn、Co、Th、U的吸附效果明顯。<

4、br>　　在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,本文篩選出NF-2、NF-4、NF-5、ZF-1、ZF-3、BKF-3、BKF-4、GLT-1、GLT-4、CaCO3、Fe(OH)3、Fe2O3等材料作為下一步的研究對(duì)象,并就所篩選出來(lái)的材料在海水中逐一進(jìn)行評(píng)估。海水實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:(1)天然沸石類材料對(duì)Th、U、Cs等有比較好的去除效果;(2)人造沸石對(duì)Mn、Co、Th、Pb有比較好的去除效果;(3)粘土礦物類對(duì)Th、U有比較好的去除效果;(4)鐵基材料

5、對(duì)除Cs+和Sr2+以外的其他模擬核素均有較高的去除效率;(5)碳酸鈣類礦物對(duì)Th、U、Pb的吸附效果明顯,氫氧化鈣則表現(xiàn)出與鐵基材料相似的特點(diǎn),即對(duì)Cs+和Sr2+以外的其他有關(guān)元素吸附率較高。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示:(1)海水中大量存在的鹽分對(duì)沸石類材料和粘土礦物的吸附效能以及鍶、銫核素的去除效果有著顯著影響;(2)單一材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)所涉及的模擬核素的綜合去除,必須同時(shí)運(yùn)用多種材料。
　　結(jié)合海水實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果,本文選取了BKF-