《碘-129在環境介質中的化學形態與遷移特性研究》是依託西安交通大學，由趙耀林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：碘-129在環境介質中的化學形態與遷移特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙耀林
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目基於超靈敏的加速器質譜技術，開展核燃料後處理和高放廢物地質處置等核活動釋放的長壽命放射性核素碘-129在相關環境介質中的化學形態與遷移特性研究。通過碘-125示蹤技術，定量分析陰離子樹脂交換吸附、銀粉吸附、共沉澱和逐級浸取等方法中洗脫液濃度和過柱速度、銀粉顆粒大小、氯離子濃度和浸取溫度等參數對碘回收率和分離效率的影響，建立起環境樣品中不添加任何載體的碘-129提取制樣方法和化學形態分離方法。在此基礎上，通過貫穿擴散實驗，研究碘-129在膨潤土、花崗岩等環境介質中的吸附、擴散行為，獲得表征碘-129遷移屬性的有效擴散係數、容量因子和分配係數等關鍵參數。同時結合實際套用需求，開展碘-129在真實環境湖水、土壤等中的遷移擴散研究。對比獲得的碘-129的遷移擴散數據和國際上已有的碘-125的數據，分析其遷移規律的異同。研究可為我國核燃料乏燃料科學安全地處理與處置提供重要的基礎數據和理論指導。
結題摘要
本項目開展了環境樣品中不同形態I-129的分離提取方法、無載體的加速器質譜（AMS）制樣方法以及I-129的遷移特性等研究。 在不同形態I-129的分離提取方面，重點研究了選擇性共沉澱方法。最佳化了NaHSO3和AgNO3用量以及pH值等參數，建立了海水中I-和IO3-的分離提取流程，並通過AMS測量與離子樹脂交換吸附方法的分離效果進行了對比。結果顯示NaHSO3濃度在0.3～0.5mmol/L之間，pH值在4.2～5.6之間，Ag+的濃度為100 mg/L左右，可有效分離海水中I-和IO3-，交叉污染小於5%。 在I-129的無載體制樣方法方面，重點研究了銀粉吸附方法。系統最佳化了銀粉粒徑、攪拌速率、陰離子種類、pH值、制樣溫度、反應時間和水樣體積等參數。結果顯示，對於小體積水樣，銀粉吸附方法的碘回收率可以達到90%以上。相比共沉澱和萃取方法，銀粉吸附方法具有制樣周期短、碘回收率高和操作量化程度高等優點。掃描電鏡和X射線光電子能譜（XPS）的表征分析揭示該方法的主要機理是：銀粉顆粒在硝酸和亞硝酸的作用下部分溶解，溶解產生的銀離子會與氯、溴、碘離子發生反應形成鹵化銀，離心時隨銀粉顆粒一起被分離。利用I-129標準樣品和海水樣品，通過AMS測量驗證了銀粉吸附方法制樣的可行性和可靠性，給出了相應的AMS檢出限。 在I-129的遷移特性方面，重點研究了I-125（代替I-129）在高廟子（GMZ）膨潤土中的遷移行為。採用穿透擴散方法的研究表明，降低溶液的pH值、延長腐殖酸與I-125的相互作用時間和添加碳酸根離子等均會不同程度的減小I-125有效擴散係數，即增強GMZ膨潤土的阻滯能力。在GMZ膨潤土中添加鐵氧化物、鐵礦物、氧化亞銅和黃銅礦等物質也會起增強作用，其中以添加氧化亞銅和黃銅礦的作用最為明顯， 有效擴散係數減小了近一個量級。採用第一性原理計算方法進一步研究了不同形態碘在氧化亞銅（Cu2O）和黃銅礦（CuFeS2）表面的相互作用。研究表明：Cu2O(100) 表面氧原子位和(111)表面配位未飽和銅原子位是I2的最優吸附位；CuFeS2(001)表面的金屬原子位均具有良好的碘陰離子吸附能力，其中表面銅原子位和鐵原子位分別是I-和IO3-的優勢吸附位；吸附原子與表面原子價電子之間的軌道雜化是吸附作用的本質原因。批式吸附實驗產物的XPS表征分析結果與理論計算相相符合。
