不同離子濃度對(duì)239Pu在高廟子膨潤(rùn)土上的吸附影響

鄧曉穎，庹先國(guó)，冷陽(yáng)春

1.核工業(yè)西藏地質(zhì)調(diào)查院，四川 成都　610081；

2.西南科技大學(xué)，四川 綿陽(yáng)　621010；3.成都理工大學(xué)，四川 成都　610059

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不同離子濃度對(duì)239Pu在高廟子膨潤(rùn)土上的吸附影響

鄧曉穎1，庹先國(guó)2,3,*，冷陽(yáng)春3

1.核工業(yè)西藏地質(zhì)調(diào)查院，四川 成都610081；

2.西南科技大學(xué)，四川 綿陽(yáng)621010；3.成都理工大學(xué)，四川 成都610059

摘要：采用靜態(tài)吸附法研究了239Pu在、Mg2+、Ca2+、Fe3+等不同離子濃度下在膨潤(rùn)土上的吸附。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著、Mg2+、Ca2+、Fe3+濃度的增大，239Pu在膨潤(rùn)土上的吸附分配系數(shù)Kd值逐漸減小，而隨著濃度的增加，Kd值先增加后減小，其中、Fe3+濃度對(duì)Kd值影響較大。

關(guān)鍵詞：239Pu；膨潤(rùn)土；吸附行為

*通信聯(lián)系人：庹先國(guó)(1966—)，男，四川成都人，教授，博導(dǎo)，核技術(shù)應(yīng)用專業(yè)，E-mail: 376795177@qq.com

中國(guó)內(nèi)蒙古高廟子地區(qū)的膨潤(rùn)土蒙脫石含量高，且具有滲透性低、膨脹性高及導(dǎo)熱性良好等特性，因此，作為我國(guó)高放廢物處置中緩沖回填材料之一被加以廣泛研究[1-3]。而239Pu是核反應(yīng)堆運(yùn)行、核武器試驗(yàn)以及核設(shè)施的退役等活動(dòng)過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的一種典型的關(guān)鍵高放廢物核素，它壽命長(zhǎng)、活度高、毒性大，因此，開(kāi)展239Pu在緩沖回填材料——膨潤(rùn)土中的吸附特征研究尤為必要[4-7]。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1　儀器與試劑

FHT 770T型 Multi Low Level Counter多道低本底計(jì)數(shù)器，美國(guó)Thermo公司，測(cè)量239Pu放射性計(jì)數(shù)，探測(cè)效率為：1道0.661，2道0.673，3道0.655，4道0.663，5道0.656，6道0.682；LD4-2A 型離心機(jī)，北京京立離心機(jī)有限公司； 404-1紅外線干燥箱，上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠；KL-UP-I-20 型艾柯實(shí)驗(yàn)室超純化水機(jī)， 成都唐氏康寧科技發(fā)展有限公司，RO水電導(dǎo)率不大于1 μS/cm(25 ℃)，超純化水電導(dǎo)率不大于0.2 μS/cm(25 ℃)；THZ-82回旋水浴恒溫振蕩器，無(wú)錫沃信公司。

239Pu(NO3)4溶液，400 kBq/L，中國(guó)工程物理研究院提供，其中HNO3濃度為4 mol/L；無(wú)水硫酸鈉、無(wú)水碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鐵、無(wú)水乙醇、氫氧化鈉、硝酸均為市售分析純?cè)噭?；膨?rùn)土采自中國(guó)內(nèi)蒙古高廟子地區(qū)，其成分列于表1。

1.2　實(shí)驗(yàn)原理與方法

靜態(tài)吸附法是國(guó)際公認(rèn)的測(cè)定吸附分配系數(shù)Kd值的方法。吸附分配系數(shù)為核素固相中濃度與液相中濃度之比，膨潤(rùn)土對(duì)239Pu的吸附能力常用Kd值衡量[10]：

其中，Kd為吸附分配系數(shù)，mL/g；A0、At為吸附前后每mL水相中放射性核素的放射性計(jì)數(shù)率；V為液體體積，mL；m為吸附質(zhì)膨潤(rùn)土的質(zhì)量，g。

表1　高廟子膨潤(rùn)土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

實(shí)驗(yàn)方法：往離心管(內(nèi)壁經(jīng)二氯二甲基硅烷預(yù)處理)中加入6 mL不同離子種類的水溶液(濃度分別為0.001、0.005、0.01、0.03、0.05、0.07、0.10 mol/L)，添加0.05 g膨潤(rùn)土樣品，震蕩1 h后靜置2 d；用微量加液器添加20 μL標(biāo)液，震蕩2 h，靜置后每天震蕩1次，直到24 h后吸附達(dá)到平衡。

離心測(cè)量：取液3 mL于離心機(jī)上4 000 r/min離心1 h，用微量移液器取清液100 μL滴定于電鍍盤上，烘干后用FHT 770T譜儀測(cè)量5 h。

2結(jié)果與討論

圖濃度對(duì)239Pu在膨潤(rùn)土上吸附的影響Fig.1　Effect of concentration of on adsorption of 239Pu onto bentonites

圖濃度對(duì)239Pu在膨潤(rùn)土上吸附的影響Fig.2　Effect of concentration of on adsorption of 239Pu onto bentonite

圖濃度對(duì)239Pu在膨潤(rùn)土上吸附的影響Fig.3　Effect of concentration of on adsorption of 239Pu onto bentonites

2.4　Mg2+濃度對(duì)239Pu在膨潤(rùn)土上吸附的影響

Mg2+濃度對(duì)239Pu在膨潤(rùn)土上吸附平衡后的影響結(jié)果示于圖4。從圖4可以看出，239Pu在膨潤(rùn)土上的吸附分配系數(shù)Kd值隨著Mg2+濃度的增大而減小，最終趨向于平緩。通過(guò)最小二乘法擬合，擬合結(jié)果良好，數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確，Mg2+在一定濃度范圍內(nèi)對(duì)239Pu在膨潤(rùn)土上的吸附有一定的影響。

圖4　Mg2+濃度對(duì)239Pu在膨潤(rùn)土上吸附的影響Fig.4　Effect of concentration of Mg2+on adsorption of 239Pu onto bentonites

2.5　Ca2+濃度對(duì)239Pu在膨潤(rùn)土上吸附的影響

Ca2+濃度對(duì)239Pu在膨潤(rùn)土上吸附的影響結(jié)果示于圖5。從圖5可以看出，239Pu核素在膨潤(rùn)土上的吸附分配系數(shù)Kd值隨著Ca2+濃度的增大而減小，當(dāng)Ca2+濃度小于0.03 mol/L時(shí)，隨著Ca2+濃度的增加，239Pu在膨潤(rùn)土上的吸附分配系數(shù)下降很快，表明增加Ca2+濃度可以有效地阻礙239Pu在膨潤(rùn)土上的吸附；當(dāng)Ca2+濃度大于0.03 mol/L時(shí)，吸附分配系數(shù)Kd值變化較平緩，Ca2+濃度對(duì)239Pu在膨潤(rùn)土上的吸附影響不大。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合，擬合系數(shù)r2=0.95，表明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確。

圖5　Ca2+濃度對(duì)239Pu在膨潤(rùn)土上吸附的影響Fig.5　Effect of concentration of Ca2+on adsorption of 239Pu onto bentonites

2.6　Fe3+濃度對(duì)239Pu在膨潤(rùn)土上吸附的影響

Fe3+濃度對(duì)239Pu在膨潤(rùn)土上吸附的影響結(jié)果示于圖6。從圖6可以看出，239Pu在膨潤(rùn)土上的吸附分配系數(shù)Kd值隨著Fe3+濃度的增大而急劇減小。Fe3+與膨潤(rùn)土溶液中的多種陰離子發(fā)生反應(yīng)，生成大顆粒物質(zhì)，覆蓋在膨潤(rùn)土固體顆粒表面及填充在顆?？障吨校璧K了膨潤(rùn)土對(duì)239Pu的吸附。Fe3+本身對(duì)239Pu有較強(qiáng)的吸附作用。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合，擬合系數(shù)r2=0.98，擬合結(jié)果良好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Fe3+濃度的增加，可以起到阻礙239Pu在膨潤(rùn)土介質(zhì)上的吸附。

圖6　Fe3+濃度對(duì)239Pu在膨潤(rùn)土上吸附的影響Fig.6　Effect of concentration of Fe3+on adsorption of 239Pu onto bentonites

3結(jié)論

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Effect of Different Ions on Adsorption

of239Pu Onto Gaomiaozi Bentonites

DENG Xiao-ying1, TUO Xian-guo2,3,*, LENG Yang-chun3

1.Tibet Geological Survey Institute of Nuclear Geology, Chengdu 610081, China;

2.Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China;

3.Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China

Abstract:The adsorption behavior of239Pu in different ionic environment onto Gaomiaozi bentonites was studied by the static adsorption method. The results show that the sorption distribution coefficient Kdvalues of239Pu onto bentonites decrease with the concentrations of , , Mg2+, Ca2+and Fe3+increasing, and the Kdvalues increase first and then decrease with the concentration of increasing. The concentrations of and Fe3+have great effect on the adsorption of239Pu onto bentonites.

Key words:239Pu; bentonite; adsorption behavior

作者簡(jiǎn)介：鄧曉穎(1985—)，女，黑龍江哈爾濱人，助理工程師，核資源與核勘查工程專業(yè)

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40974065)；國(guó)家杰出青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目(4102501)

修訂日期：2014-11-26

收稿日期：2014-06-24；

doi：10.7538/hhx.2015.37.03.0189

中圖分類號(hào)：TL942.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：0253-9950(2015)03-0189-04