Eu(III)和Se(IV)在北山花岗岩上的吸附行为研究

摘要

当今世界的经济和科技都在飞速地发展着，随之而来的是人类的生产和生活中越来越大的对资源的需求，因此能源短缺这一问题也就日益突出。纵观历史发展进程不难发现，核能被认为是一种“最干净、最安全、成本最低”的能源，是到目前为止最有希望可利用的能够大规模地替代化石能源的一种能源。1998年，全世界的核电发电总量在总发电量中所占的比例高达17.1%。在某些工业发达的国家，核电所占的比重更大。根据国际原子能机构2016年公布的最新数据，目前共有445台核电机组正在运行。核电以其清洁性、安全性、以及经济性成为大势所趋。核在给我们提供能源的同时，也会产生大量放射性废物。如果不能将这些放射性废物进行妥善地处理和处置，将会对人类赖以生存的生态环境造成严重危害，最终影响核能的可持续开发和利用。尤其是高放废物的处置，尚未找到真正的解决办法。　　高放废物地质处置开发时间长，是目前最有希望投入实际应用的高放废物处置方案之一，其基本设想是通过“多重屏障”把高放废物永久性地封存在深部稳定的地质岩体中，使其在数以百万年计的时间范围内，释放到生物圈的放射性活度保持在一个我们可以接受的水平。Eu3+与三价镧系和錒系离子在物理和化学性质上表现极为相似，常被用作三价镧系、锕系元素的类比物或模拟替代物；Se—79 则是裂变产物中典型性以阴离子形式存在的关键核素之一，是在高放废物处置库设计和建造过程中需要重点关注的核素之一。本文研究了Se(IV)和Eu(III)在北山花岗岩（BSG）上的吸附行为，以阐明不同类型放射性核素在天然屏障材料中的地球化学行为。采用批实验，结合电镜扫描（SEM），电子探针X射线显微分析仪（EPMA）等光谱技术分别研究了pH、温度、离子强度、土壤腐殖酸(SHA)等因素对Se(IV)和 Eu(III)在北山花岗岩上的吸附行为的影响，结合吸附动力学、吸附热力学过程及模型拟合探索了其吸附机理。　　实验结果表明，吸附体系pH值的变化对Eu(III)在北山花岗岩上的吸附作用影响较大，离子强度对吸附过程的影响较小。在pH值较低的吸附条件下，Eu(III)在花岗岩上的吸附过程以离子交换形式为主，而在高pH条件下，形成内层表面络合物是吸附反应进行的主要机制。土壤腐殖酸(SHA)和土壤富里酸(SFA)的存在可以通过两种途径增强花岗岩对Eu(III)的吸附，包括形成BSG -SFA/SHA- Eu3+三元表面络合物，以及降低花岗岩表面电荷密度。批实验和 EPMA 结果表明，在花岗岩的所有矿物组分中，黑云母对Eu(III)的吸附作用贡献最大，而其他矿物对Eu(III)在花岗岩上的吸附的贡献实际上是有限的。温度的升高对Eu(III)在花岗岩上的吸附行为有促进的作用。Eu(III)吸附在花岗岩上的吸附机理主要是通过形成内层表面络合物?SwOEu(OH)20,?SsOEu(OH)20,?SsOEu2+, SwOEu2+和通过离子交换形成?X3Eu0。Se(IV)在北山花岗岩上的吸附行为受pH的影响较大，随着pH值的增大吸附率先上升后下降，在 pH=~6 时达到最大值。受离子强度的影响较小，其吸附机理可能是与花岗岩形成内层表面配合物。Se(IV)在花岗岩上的吸附率随着溶液中Se(IV)的初始浓度的增大而有所降低。在实验操作范围内，SHA对Se(IV)在北山花岗岩上的吸附行为有抑制作用。在低浓度条件下，溶液中Eu(III)的存在对Se(IV)在北山花岗岩上的吸附行为没有显著影响。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景

1.2高放废物深地质处置

1.3 Eu(III)和Se(IV)在粘土矿物及氧化物等材料上的吸附研究现状

1.4影响吸附的因素

1.5吸附参数

1.6吸附模型（动力学、热力学）

1.7 模型研究理论

1.8选题依据及研究内容

1.9 技术路线

2 实验用品及表征方法

2.1试剂与仪器

2.2花岗岩的表征

3 Eu(III)在花岗岩上的吸附行为研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

4 Se(IV)在花岗岩上的吸附行为研究

4.1引言

4.2批实验

4.3 结果与讨论

4.4本章小结

5总结与展望

5.1全文总结

5.2不足与展望

致谢

参考文献