《放射性核素在幾種礦物組分上的吸附和微觀結構的研究》是依託蘭州大學，由張紅霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：放射性核素在幾種礦物組分上的吸附和微觀結構的研究
- 依託單位：蘭州大學
- 項目負責人：張紅霞
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在核廢料處置中，長壽命放射性核素在環境介質中的吸附和化學形態，對於評估和分析其對環境和人類健康潛在危害具有重要的意義。本項目主要利用靜態法、動態法研究放射性核素（U(VI)和Th(Ⅳ)）在幾種礦物組分（蒙脫石、伊利石和高嶺土）上的吸附/解吸。通過研究不同pH、不同離子強度、不同配體存在下和不同溫度條件下的吸附，得到U(VI)和Th(Ⅳ)在粘土礦物上的吸附／解吸曲線及吸附等溫線。用表面絡合模型及一維對流-彌散方程對上述曲線構模 (modeling)，並通過光譜法（EXAFS）及XPS和EDS等先進手段對放射性核素U（VI）和Th（Ⅳ）在粘土礦物上的吸附機理和吸附形態及微觀結構進行分析；通過對不同溫度下吸附模型的處理，可得到它們的吸附的熱力學參數。這些都為深入了解放射性核素在地質介質的遷移提供參考，同時為我國高放廢物處置提供理論基礎。
結題摘要
本項目主要利用靜態法和動態法研究放射性核素U(VI)和Th(IV)在蒙脫石、伊利石和高嶺土上的吸附/解吸。通過研究時間、pH值、離子強度、溫度和配體存在下對U(VI)和Th(IV)在粘土礦物上的吸附的影響。結果顯示U(VI)和Th(IV)在三種粘土礦物的吸附很快就達到平衡。離子強度對U(VI)和Th(IV)在蒙脫石、伊利石上的吸附影響較大。溫度對U(VI)和Th(IV)在蒙脫石上吸附的影響不及伊利石和高嶺土大。磷酸鹽促進粘土礦物對U(VI)和Th(IV)的吸附。腐殖酸促進高嶺土和蒙脫石對U(VI)和Th(IV)的吸附，但實驗中所用腐殖酸對U(VI)和Th(IV)在伊利石上的吸附卻沒影響。通過動力學模型、吸附等溫模型、表面絡合模型，發現吸附過程都滿足假二級動力學模型，求得吸附動力學參數及活化能，得出U(VI)、Th(IV)在三種粘土礦物上的吸附是化學過程； Th(IV)在不同粘土上的吸附，符合Langmuir的吸附模型，U(VI)在不同粘土上的吸附，符合Freundlich吸附模型，求得吸附容量。通過熱力學研究，求得吸附反應的自由能、焓變和熵變。U(VI)、Th(IV)在三種粘土礦物上的吸附是吸熱過程，並且吸附是自發的。 通過FTIR、XRD、XPS和EDS等手段對放射性核素 U（VI）和Th(IV)在粘土礦物上的吸附機理和吸附形態進行分析，發現吸附前後粘土礦物結構幾乎沒發生變化。低pH值下，在粘土礦物表面上以Th4+,UO22+的形式存在，離子交換和外層絡合為主要反應機理；高pH值下，內層絡合為主要機理，還有部分Th(IV)、U(VI)在粘土礦物表面形成水解物或沉澱。磷酸根存在下，粘土礦物表面形成≡SO-PO43-UO22+(≡SO-PO43-Th4+)而促進吸附。XPS譜圖顯示U(VI)、Th(IV)有三種不同組態：Th4+，Th的水解產物及Th-磷酸絡合物和UO22+，UO22+的水解產物及UO22+-磷酸絡合物。 通過動態法研究離子強度、流速、溫度、配體下的吸附與解吸現象：U(VI) 、Th（IV）在粘土礦物吸附過程較緩慢，解吸較快，在高嶺土上拖尾現象不明顯，在蒙脫石上拖尾嚴重，吸附是不可逆的。對吸附過程和解吸過也進行了吸附模型處理，得到動態吸附參數。這些參數為深入了解放射性核素在地質介質的遷移提供參考，同時為我國高放廢物處置提供理論基礎。
