Eu(Ⅲ)在膨润土和蒙脱石上的吸附作用

摘要

膨润土已被包括中国在内的很多国家选为高放废物地质处置库的缓冲/回填材料。因此，关键核素与膨润土及其主要组分蒙脱石的相互作用对于处置库的设计及安全评价至关重要。本文选用合成蒙脱石和金川膨润土，旨在：(1)采集广泛实验条件下，Eu(Ⅲ)在Na基、Ca基和K基金川膨润土上的吸附实验数据；(2)构建表面配位模型，定量描述所得吸附实验数据；(3)对比压实和分散状态下合成Ca基蒙脱石对Eu(Ⅲ)吸附作用的异同。 用X-射线衍射(XRD)、X-射线荧光分析、红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、粒径分析以及比表面积分析等手段，详细表征了除去碳酸盐并转型后的Na基金川膨润土。结果表明：纯化后的金川膨润土可以看作蒙脱石(88％)和二氧化硅(12％)的混合物，蒙脱石的结构式为：[Si(Ⅳ)4](Al(Ⅲ)3.19，Fe(Ⅲ)0.29，Fe(Ⅱ)0.38，Mg(Ⅱ)0.14)O20(OH)4(Ca(Ⅱ)0.023，Na(Ⅰ)0.35，K(Ⅰ)0.127)，根据此结构式计算出的阳离子交换容量(CEC)为694meq/kg，这意味着金川膨润土的理论CEC为611meq/kg，与采用Ni-en(ethylenediamine)提取法测得的结果623±12meq/kg一致。在25℃和3个离子强度(0.01，0.1 and 0.5mol/L NaCl)下的连续电位滴定结果表明：滴定曲线相互平行而没有交点，Na基金川膨润土的零电荷点(PZC)随着离子强度的减小而增大；通过考虑一种层间位点和两个边位点用双电层理论成功定量解释了滴定实验结果。 采用批式法研究了液相pH、Eu(Ⅲ)浓度、离子强度、CO2分压等因素对Eu(Ⅲ)在Na基、K基和Ca基金川膨润土上吸附作用的影响。实验结果表明：Eu(Ⅲ)在金川膨润土上的吸附作用受pH值、Eu(Ⅲ)浓度影响显著；在低pH值范围(pH<6)，Eu(Ⅲ)的吸附分配系数(Kd)随离子强度的增大显著减小，而在pH6～9范围内，离子强度对Kd的影响较小；解吸实验结果表明Eu(Ⅲ)在Na基膨润土上的吸附是可逆的；当Pco2=10-3.58 atm时，在低pH范围(pH<7)，Eu(Ⅲ)的Kd值与Pco2=0atm时近似相等，但在高pH范围内(pH>8)，Eu(Ⅲ)的Kd值随pH值增大迅速减小；相同条件下不同可交换阳离子的金川膨润土对Eu(Ⅲ)吸附作用的强弱次序为：Na基>K型>Ca基。采用表面配位模型合理解释了离子强度为0.1mol/L NaCl时Eu(Ⅲ)在Na基金川膨润土上的吸附实验数据。 用毛细管批式实验分别研究了Eu浓度、pH值等因素对Eu(Ⅲ)在压实的Ca基合成蒙脱石上吸附作用的影响。实验结果表明：在低pH范围，分散状态下的Kd与压实状态的Kd几乎相等，但在高pH范围，压实状态下的Kd小于分散状态下的Kd值；解吸实验表明，压实状态下Eu(Ⅲ)在合成蒙脱石上的吸附是可逆过程。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2高放废物深地质处置库的设计理念——“多重屏障”

1.3缓冲／回填材料——膨润土

1.4放射性核素在膨润土及蒙脱石上的吸附研究现状

1.5本论文的选题依据及研究目标

参考文献

第二章金川膨润土的纯化、转型及表征

2.1金川膨润土的纯化及转型

2.2金川膨润土的仪器分析及结果

2.2.1粒度分析

2.2.2比表面积分析

2.2.3 XRD分析

2.2.4 FIT-IR分析

2.2.5 SEM分析和X荧光光谱分析

2.3阳离子交换容量(CEC)的测定

2.3.1 Ni-en交换法测定CEC的原理

2.3.2实验方法及结果

2.4膨润土的表面酸、碱性质

2.4.1电位滴定实验方法和滴定过程

2.4.2滴定数据计算

2.4.3电位滴定结果

2.4.4描述膨润土表面酸碱性质的表面配位模型

2.5本章小结

参考文献

第三章EU(Ⅲ)在金川膨润土上的吸附／解吸

3.1材料及方法

3.1.1实验试剂

3.1.2实验仪器

3.1.3实验方法

3.1.4吸附实验结果计算

3.1.5模型计算

3.2 Eu(Ⅲ)在NA基膨润土上的吸附作用

3.2.1接触时间、固液比及离子强度对吸附的影响

3.2.2 pH吸附边界(pH adsorption edge)

3.2.3吸附／解吸等温线

3.2.4模型预测

3.3 Eu(Ⅲ)在K型和CA基膨润土上吸附作用

3.3.1 pCO2=0时的pH吸附边界

3.3.2 pCO2=0时的吸附等温线

3.4本章小结

参考文献

第四章Eu(Ⅲ)在(分散、压实状态)合成蒙脱石吸附研究

4.1材料及方法

4.1.1实验试剂

4.1.2实验仪器

4.1.3合成蒙脱石的转型

4.1.4实验方法

4.1.5实验结果计算

4.2结果与讨论

4.2.1 Ca蒙脱石的阳离子交换容量(CEC)

4.2.2 Ca蒙脱石的孔隙率(θp)

4.2.3 Eu(Ⅲ)在分散和压实状态Ca基蒙脱石上的吸附平衡时间

4.2.4 Eu(Ⅲ)在分散状态和压实状态下Ca基蒙脱石上的吸附边界和吸附等温线

4.3.本章小结

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文