钾/钠离子对水热合成铯榴石结构的影响

摘要

水热合成铯榴石能低温、晶格固化放射性废物137 Cs,但在放射性废物中Cs+通常与同族的K+/Na+共存,两者可能会对水热合成铯榴石组成和结构产生影响.基于此,参考铯榴石化学计量组成CsAlSi2O6,首先利用偏高岭土、纳米二氧化硅和CsOH·H2O为原料水热合成了铯榴石.然后分别以不同摩尔质量的KOH或NaOH取代CsOH·H2O,研究了K+/Na+对水热合成产物组成和结构的影响.结果 表明,铯榴石水热晶化温度相对较低,产物微观下呈多晶微球态;K+与Cs+共存时,体系水热产物主要为铯榴石微球,微球尺寸随K+掺入比例的提高而增加,但K+主要存在于晶化程度较低的钾铝硅酸盐水合物中,并未参与铯榴石形成;Na+与Cs+共存时,体系水热产物主要由铯榴石和方沸石(NaAlSi2O6· H2O)组成,Cs+和Na+各自存在于铯榴石或方沸石结构中.铯榴石相对较低的水热晶化温度及其结构中Cs+不能迁移和进行离子交换的特性,使得水热条件下K+/Na+不能进入先形成的铯榴石结构中的碱金属离子位点.尽管如此,K+或Na+的存在可降低铯榴石的水热晶化温度、促进铯榴石晶粒生长,且当K+或Na+与Cs+共存时,Cs+仍优先进入并稳定固化于铯榴石晶体结构中.