239Pu高效吸附柱撑粘土的制备与研究

摘要

我国目前贮存的高放核废物量大，而239Pu是其中关键的高放射性核素之一，粘土矿物因具有强吸附性和低渗透性等优点可作为高放射性核废料贮库的潜在回填材料，但如果粘土岩被用作多重屏障系统的组成部分，粘土胶体会促进水环境中钚的迁移。本文通过柱化的方法制备了高比表面积、吸附性强、低迁移性的改性粘土，通过X射线小角散射以及中子小角散射研究了粘土的内部结构。为了提高吸附剂对239Pu的吸附以及阻滞239Pu的迁移，研究了粘土与239Pu之间的相互作用。最后，比较粘土以及几种柱撑粘土对Pu的吸附性能，并对各种粘土的吸附性能进行了探讨，主要研究结果如下： （1）采用Al的氧化物以及(Ln-Al Ln=La，Ce)的氧化物和膨润土以及蒙脱土制备柱撑粘土，并在pH分别为4和7的条件下，比较几种柱撑粘土对水环境中239Pu的去除能力。和钠基蒙脱土相比，不是所有氧化物的柱撑粘土都能提高对Pu的吸附，在中性和酸性的pH条件下，(Ce-Al)氧化物柱撑的粘土除去水环境中Pu（Pu研究浓度范围1.35×10-8-8×10-8 mol dm-3）的性能最好，其吸附分配系数KD值大于104。 （2）使用中子小角散射(SANS)测量混合的H2O/D2O变化实验以验证煅烧后通过氨气处理过的产物具有亲水性，柱化剂(La/Ce)-Al阳离子的形状和尺寸（球形2 nm）的表征采用X射线小角散射(SAXS)，(Ce-Al)氧化物柱撑粘土的XPS表明Ce4+以二氧化铈的形式存在，最终柱撑粘土对Pu的吸附性能从小到大排序为：Al2O3＜La2O3-Al2O3＜＜CeO2-Al2O3。这说明通过改变粘土矿物层面间距以及增大比表面积增加了对Pu的吸附，并且增加了粘土间柱撑物的稳定性。 （3）TEM，SANS和WAXS用于表征分层（Ln-Al）氧化物柱撑的锂皂石内部结构以及颗粒尺寸大小，中子散射揭示了改性粘土对应于长度为10-25 nm和1-2 nm厚的薄片的纳米结构特征。 （4）在弱碱性条件下，除了在煅烧之前冷冻干燥的样品外，与起始粘土相比，(Ce-Al)氧化物柱撑的锂皂石对239Pu吸收增加了五倍；然而，在酸性环境下，柱撑的锂皂石的吸附性能与原始锂皂石相似，虽然(Ce-Al)氧化物柱撑的高庙子膨润土在中性和酸性条件下都具有高的吸附分配系数，但是在接近中性条件下,可应用于过滤和吸附床的分层柱撑的锂皂石(KD＞104)的优点在于，Pu吸附平衡的时间快于柱撑的膨润土，是柱撑的膨润土的两倍。

目录

第一个书签之前