多孔性硅基吸附劑的開發(fā)及其對放射性污染廢水的處理研究.pdf

1、核能給人類帶來了清潔能源，但同時也會產(chǎn)生大量的放射性污染廢水。有效地去除放射性污染廢水中的放射性核素，對生態(tài)環(huán)境有著極其重要的意義。對于不同類型的放射性污染廢水，處理的方法和手段也不盡相同。本論文以合成新型多功能吸附材料以及高效處理事故廢水為目的，重點研究了利用多孔型二氧化硅作為載體，首次合成了硅基鈦酸鹽無機鹽類吸附劑，并對放射性核素鍶的吸附行為進行了評價。同時，合成了超分子有機/無機復(fù)合型吸附劑，對多種核素（Cs、TRU等）在不同的模

2、擬廢水體系（酸性系、海水系）條件下進行了吸附性能以及作用機理的評價。
　　柱分離技術(shù)在放射性污染廢水處理中有著廣泛的應(yīng)用，與傳統(tǒng)柱子填充材料相比，本文合成使用的多孔性硅基復(fù)合吸附材料表現(xiàn)出快速的吸附反應(yīng)動力學(xué)特征，極大提高了柱分離技術(shù)在工程上的應(yīng)用效率。
　　福島第一核電站產(chǎn)生了大量的放射性污染廢水，通過ALPS系統(tǒng)對這些放射性核素的去除需要花費超過20年的時間。由于事故廢水中存有大量的競爭陽離子比如Ca2+、Mg2+、Na

3、+等，且事故廢水的pH為中性，故相對于其它放射性核素，從事故廢水中將90Sr去除是一件非常困難而又復(fù)雜的任務(wù)。本文以去除反應(yīng)堆事故廢水中鍶為目標(biāo)，以福島核事故廢水為例，展開研究和討論。通過Sol-gel方法合成了硅基K2Ti6O13/SiO2復(fù)合納米吸附材料。通過對K2Ti6O13/SiO2吸附劑進行XRD、SEM、EDS的分析表征，表明了K2Ti6O13納米材料被成功地擔(dān)載到SiO2中。通過對吸附Sr2+前后的吸附劑的EDS分析，表明

4、了K2Ti6O13/SiO2的離子交換反應(yīng)是在吸附劑中的K+與Sr2+之間進行。通過對K2Ti6O13/SiO2的吸附性能進行研究和討論發(fā)現(xiàn)，在298 K，K2Ti6O13/SiO2離子交換率高達58.5％~78.8%，在吸附反應(yīng)前60分鐘內(nèi)，K2Ti6O13/SiO2對Sr2+的吸附百分比高達83%以上，充分體現(xiàn)了納米材料在離子交換反應(yīng)中的極大優(yōu)勢。將合成的K2Ti6O13/SiO2填充到分離柱中，采用福島放射性的模擬廢水對鍶進行柱子

5、分離的熱試驗，表明了K2Ti6O13/SiO2吸附劑能夠非常快速高效地從高鹽度的福島廢水中去除放射性核素 Sr2+。課題研究中，還評價了競爭離子對吸附的影響，以推廣應(yīng)用到一般的反應(yīng)堆事故污染廢水處理。
　　針對去除核燃料處理設(shè)施泄漏的放射性污染廢水中的銫，本文使用十二烷基苯磺酸（DBS）修飾劑對1,3-[(2,4-二乙基-庚基乙氧基)氧基]-2,4-冠-6-杯[4]芳烴（Calix[4]arene-R14）大分子進行修飾，合成(C

6、alix[4]+ dodecanol+ DBS)/SiO2-P硅基吸附劑。通過吸附反應(yīng)發(fā)現(xiàn)(Calix[4]+dodecanol+DBS)/SiO2-P在0.5～3 M硝酸酸度范圍內(nèi)均對Cs+表現(xiàn)出非常好的選擇吸附性能。含有DBS吸附劑克服了(Calix[4]+dodecanol)/SiO2-P僅在高硝酸濃度下對Cs+才表現(xiàn)出好選擇性能的缺點。通過對吸附反應(yīng)機制研究發(fā)現(xiàn)，DBS耦合配位作用促進了吸附劑在低酸溶液中的吸附反應(yīng)速率。研究結(jié)果

7、表明了吸附劑能夠快速高效地去除酸度較低的核燃料設(shè)施泄漏的放射性污染廢水中Cs+。同時還研究了影響吸附劑化學(xué)穩(wěn)定性和輻照穩(wěn)定性因素，并證實了DBS能夠有效地減緩γ輻照對Calix[4]arene-R14降解。
　　針對去除核事故污染海水中的超鈾元素，本論文研究了TODGA/SiO2-P吸附劑在NaCl體系下對三價稀土離子（模擬超鈾元素）的吸附行為。研究發(fā)現(xiàn)，TODGA/SiO2-P吸附劑對三價稀土離子的吸附能力隨著Cl-濃度的增加而