鄧曉穎，庹先國，冷陽春

1.核工業(yè)西藏地質調查院，四川 成都　610081；

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

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不同離子濃度對239Pu在高廟子膨潤土上的吸附影響

鄧曉穎1，庹先國2,3,*，冷陽春3

1.核工業(yè)西藏地質調查院，四川 成都610081；

2.西南科技大學，四川 綿陽621010；3.成都理工大學，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土上的吸附。實驗結果表明：隨著、Mg2+、Ca2+、Fe3+濃度的增大，239Pu在膨潤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Kd值影響較大。

關鍵詞：239Pu；膨潤土；吸附行為

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

中國內蒙古高廟子地區(qū)的膨潤土蒙脫石含量高，且具有滲透性低、膨脹性高及導熱性良好等特性，因此，作為我國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是核反應堆運行、核武器試驗以及核設施的退役等活動過程當中產(chǎn)生的一種典型的關鍵高放廢物核素，它壽命長、活度高、毒性大，因此，開展239Pu在緩沖回填材料——膨潤土中的吸附特征研究尤為必要[4-7]。

1實驗部分

1.1　儀器與試劑

FHT 770T型 Multi Low Level Counter多道低本底計數(shù)器，美國Thermo公司，測量239Pu放射性計數(shù)，探測效率為：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，北京京立離心機有限公司； 404-1紅外線干燥箱，上海市實驗儀器總廠；KL-UP-I-20 型艾柯實驗室超純化水機， 成都唐氏康寧科技發(fā)展有限公司，RO水電導率不大于1 μS/cm(25 ℃)，超純化水電導率不大于0.2 μS/cm(25 ℃)；THZ-82回旋水浴恒溫振蕩器，無錫沃信公司。

239Pu(NO3)4溶液，400 kBq/L，中國工程物理研究院提供，其中HNO3濃度為4 mol/L；無水硫酸鈉、無水碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鐵、無水乙醇、氫氧化鈉、硝酸均為市售分析純試劑；膨潤土采自中國內蒙古高廟子地區(qū)，其成分列于表1。

1.2　實驗原理與方法

靜態(tài)吸附法是國際公認的測定吸附分配系數(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，膨潤土對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數(shù)率；V為液體體積，mL；m為吸附質膨潤土的質量，g。

表1　高廟子膨潤土的質量分數(shù)

實驗方法：往離心管(內壁經(jīng)二氯二甲基硅烷預處理)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膨潤土樣品，震蕩1 h后靜置2 d；用微量加液器添加20 μL標液，震蕩2 h，靜置后每天震蕩1次，直到24 h后吸附達到平衡。

離心測量：取液3 mL于離心機上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譜儀測量5 h。

2結果與討論

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

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

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

2.4　Mg2+濃度對239Pu在膨潤土上吸附的影響

Mg2+濃度對239Pu在膨潤土上吸附平衡后的影響結果示于圖4。從圖4可以看出，239Pu在膨潤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。通過最小二乘法擬合，擬合結果良好，數(shù)據(jù)結果準確，Mg2+在一定濃度范圍內對239Pu在膨潤土上的吸附有一定的影響。

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

2.5　Ca2+濃度對239Pu在膨潤土上吸附的影響

Ca2+濃度對239Pu在膨潤土上吸附的影響結果示于圖5。從圖5可以看出，239Pu核素在膨潤土上的吸附分配系數(shù)Kd值隨著Ca2+濃度的增大而減小，當Ca2+濃度小于0.03 mol/L時，隨著Ca2+濃度的增加，239Pu在膨潤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在膨潤土上的吸附；當Ca2+濃度大于0.03 mol/L時，吸附分配系數(shù)Kd值變化較平緩，Ca2+濃度對239Pu在膨潤土上的吸附影響不大。對實驗數(shù)據(jù)進行最小二乘法擬合，擬合系數(shù)r2=0.95，表明實驗數(shù)據(jù)較準確。

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

2.6　Fe3+濃度對239Pu在膨潤土上吸附的影響

Fe3+濃度對239Pu在膨潤土上吸附的影響結果示于圖6。從圖6可以看出，239Pu在膨潤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+與膨潤土溶液中的多種陰離子發(fā)生反應，生成大顆粒物質，覆蓋在膨潤土固體顆粒表面及填充在顆?？障吨校璧K了膨潤土對239Pu的吸附。Fe3+本身對239Pu有較強的吸附作用。對實驗數(shù)據(jù)進行最小二乘法擬合，擬合系數(shù)r2=0.98，擬合結果良好。實驗結果表明：Fe3+濃度的增加，可以起到阻礙239Pu在膨潤土介質上的吸附。

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

3結論

參考文獻：

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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)

基金項目：國家自然科學基金資助項目(40974065)；國家杰出青年科學基金資助項目(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：TL942.1

文獻標志碼：A

文章編號：0253-9950(2015)03-0189-04