周 慧，冷佳倫，郭亞丹，劉金生，葛坤朋，張衛(wèi)民

（1.東華理工大學(xué)水資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西南昌 330013；2.東華理工大學(xué)地球物理與測(cè)控技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330013）

鈾（U）作為一種重要的核工業(yè)原料，在現(xiàn)代國(guó)防和核能源發(fā)展中發(fā)揮著重大的支撐作用。然而，在鈾礦的開(kāi)采、加工冶煉和使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的放射性含鈾廢水，監(jiān)測(cè)顯示，我國(guó)西南某鈾尾礦滲濾液中鈾的質(zhì)量濃度達(dá)19.8 mg/L〔1〕；美國(guó)猶他州某鈾礦測(cè)井中鈾質(zhì)量濃度為16.3 mg/L〔2〕。水溶液中鈾主要以四價(jià)和六價(jià)形式存在。其中，六價(jià)鈾〔U（Ⅵ）〕可溶性較好，遷移性強(qiáng)，可擴(kuò)散至地表水及地下水中，造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，威脅人類(lèi)健康和生態(tài)安全。李艷梅等〔3〕報(bào)道了我國(guó)某鈾尾礦庫(kù)下游地下水中鈾平均質(zhì)量濃度為128 μg/L；H. M. A. ROSSITER 等〔4〕報(bào)道了澳大利亞某受鈾污染的地下水中鈾質(zhì)量濃度高達(dá)295 μg/L，遠(yuǎn)高于世界衛(wèi)生組織定義的飲用水中鈾的質(zhì)量濃度（15 μg/L）〔5〕。因此，如何高效安全地處置核工業(yè)含鈾廢水及去除地表及地下飲用水中的鈾是全世界面臨的重大難題。

目前，處理含鈾溶液的方法包括：蒸發(fā)濃縮法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、吸附法和膜分離法〔6〕。其中，膜分離技術(shù)是一種相對(duì)較新且發(fā)展迅速的方法，它以具有選擇性透過(guò)功能的膜為分離介質(zhì)，通過(guò)在膜兩側(cè)施加推動(dòng)力（如壓力差、濃度差、電位差等），使原料液中某組分選擇性地透過(guò)膜，其他組分被攔截而富集于原料液中。膜工藝從核燃料循環(huán)的前端即采礦階段，到后端的放射性廢物安全處置，均展現(xiàn)出較大的應(yīng)用潛力〔7〕。筆者通過(guò)介紹各類(lèi)膜過(guò)程在含鈾溶液處理中的應(yīng)用，總結(jié)膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和存在的問(wèn)題，為進(jìn)一步發(fā)展膜法處理含鈾溶液提供重要依據(jù)。

1 壓力驅(qū)動(dòng)膜過(guò)程

1.1 超濾

超濾（UF）是在壓力驅(qū)動(dòng)下，利用超濾膜孔的篩分作用，將廢水中大于膜孔的物質(zhì)截留而分離的膜過(guò)程。通常超濾膜的孔徑為5～100 nm，能夠攔截廢水中的顆粒、膠體、有機(jī)大分子等物質(zhì)，不能直接截留無(wú)機(jī)金屬離子。因此，單純的超濾過(guò)程一般不用于去除廢水中的鈾離子，而是作為納濾、反滲透及其他分離過(guò)程的預(yù)處理步驟〔4，8〕。然而，鑒于超濾過(guò)程的低操作壓力和高產(chǎn)水量的優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者嘗試借助其他物理或化學(xué)過(guò)程（如吸附、絡(luò)合等），將鈾離子轉(zhuǎn)變?yōu)槌叽巛^大的物質(zhì)再進(jìn)行超濾，獲得了較好的鈾去除效果。近年來(lái)報(bào)道的用于含鈾廢水處理的超濾耦合過(guò)程及其處理效果見(jiàn)表1。

表1 超濾耦合過(guò)程及其處理含鈾溶液的性能Table 1 Coupling processes with ultrafiltration and their performance in treatment of uranium-containing solutions

由表1 可知，通過(guò)吸附到多孔顆粒中或過(guò)氧化氫處理形成納米顆粒團(tuán)簇，再結(jié)合低截留分子質(zhì)量的超濾膜，可以獲得67%～95%的鈾截留率〔9-10〕；通過(guò)添加表面活性劑或大分子物質(zhì)絡(luò)合鈾酰離子，也可獲得80%～99.9%的鈾截留率〔11，13〕。

膠束強(qiáng)化超濾過(guò)程（MEUF）是利用表面活性劑靜電結(jié)合帶相反電荷離子的特性，通過(guò)超濾濃縮表面活性劑膠束和被結(jié)合的離子，實(shí)現(xiàn)廢水中目標(biāo)離子分離的一種膜過(guò)程。S.K.MISRA 等〔11〕發(fā)現(xiàn)陰離子表面活性劑SDS 帶負(fù)電的磺酸基頭部能有效結(jié)合帶正電的鈾酰離子（UO22+），超濾攔截SDS 膠束團(tuán)的同時(shí)攔截被吸附的鈾離子，鈾的截留率達(dá)80%。E.PRAMAURO 等〔12〕利用TritonX-100 和1-丁基-（2-吡啶基偶氮）-2-萘酚（PAN-C4）組成的混合表面活性劑，并以醋酸纖維素超濾膜（MWCO 10 ku）過(guò)濾，可選擇性地從含Sr2+和Cd2+的酸性廢水中回收鈾。當(dāng)pH 為3 時(shí)，廢水中94%的鈾被截留，而Sr2+和Cd2+的截留率僅為30%和24%。MEUF過(guò)程工藝簡(jiǎn)單、處理效果好，然而至今還未開(kāi)發(fā)出經(jīng)濟(jì)有效的方法回收再利用超濾濃水中的表面活性劑〔17〕。此外，表面活性劑的相對(duì)分子質(zhì)量小，未形成膠束的表面活性劑分子會(huì)透過(guò)超濾膜，進(jìn)入到濾液中。該過(guò)程在去除目標(biāo)鈾酰離子的同時(shí)，可能會(huì)引入其他污染物（表面活性劑本身）。

聚合物強(qiáng)化超濾過(guò)程（PEUF）利用水溶性聚合物與目標(biāo)離子以靜電作用或配位作用形成聚合物-金屬絡(luò)合物，由于聚合物分子質(zhì)量大于超濾膜的MWCO，聚合物及其絡(luò)合離子被超濾截留，而未被絡(luò)合的離子透過(guò)膜，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)離子的選擇性分離。與MEUF過(guò)程相比，PEUF 過(guò)程可以通過(guò)相對(duì)簡(jiǎn)單的操作，如改變pH 解絡(luò)合或電化學(xué)沉積，使水溶性聚合物循環(huán)再利用〔18〕。A.P.KRYVORUCHKO 等〔13〕以聚乙烯亞胺（PEI，相對(duì)分子質(zhì)量750 000）為絡(luò)合劑，采用孔徑為20 nm 的聚酰胺超濾膜（UPM-20）處理含鈾廢水，當(dāng)pH 為5～9時(shí)，鈾的截留率大于99.9%（0.2 MPa），當(dāng)pH≤3 時(shí)，超濾過(guò)程對(duì)鈾截留率很低，可用于PEI 回收過(guò)程。P.ILAIYARAJA 等〔14〕采用聚酰胺-胺型樹(shù)枝狀大分子（PAMAM）絡(luò)合超濾過(guò)程處理放射性廢水，當(dāng)pH 控制在5.5 時(shí)，PAMAM 可絡(luò)合大部分放射性核素鈾和釷，再生纖維素超濾膜對(duì)這兩種放射性核素的截留率大于90%，而對(duì)溶液中其他非放射性離子Ba2+、Zn2+、Ni2+、Mn6+的截留率小于35%。J.D.ROACH 等〔15〕利用碳酸鹽使水溶液中的鈾酰離子主要以UO2（CO3）34-形態(tài)存在，該復(fù)合體與陽(yáng)離子聚電解質(zhì)PDADMAC（相對(duì)分子質(zhì)量400 000～500 000）有很強(qiáng)的靜電吸引力。當(dāng)pH 為8～11 時(shí)，PEUF 過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)鈾和Sr2+的選擇性分離，鈾的截留率大于99.6%，而Sr2+的截留率小于6%。PEUF采用高分子質(zhì)量的聚合物，可以防止絡(luò)合劑進(jìn)入濾液中引入其他污染物，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)pH 可以使絡(luò)合劑循環(huán)再利用，在含鈾廢水處理中是可行的。然而，在實(shí)際廢水中，共存的有機(jī)質(zhì)（如腐殖酸、單寧酸等）及酸堿鹽離子可能與鈾酰離子形成復(fù)合體或影響聚合物與鈾酰離子的絡(luò)合〔19〕，從而改變PEUF 的鈾截留性能。

1.2 納濾

納濾（NF）是以孔徑1～10 nm 的荷電膜為分離介質(zhì)的壓力驅(qū)動(dòng)膜過(guò)程。納濾過(guò)程能夠有效截留二價(jià)及多價(jià)離子，而對(duì)單價(jià)離子的截留性較差，因此納濾在攔截多價(jià)鈾酰離子時(shí)還具有一定的離子選擇性〔20〕。

納濾對(duì)水溶液中鈾的截留率在較寬的范圍內(nèi)，其處理效果受多種因素的影響，如pH、共存離子、離子強(qiáng)度、原料液中鈾濃度、操作壓力、錯(cuò)流流速及納濾膜表面孔徑和荷電性質(zhì)等。M.G.TORKABAD 等〔21〕報(bào)道隨著原料液中pH 及鈾濃度的增加，NF-1 和NF-2 聚酰胺納濾膜的鈾截留率增大，水通量下降。利用Visual Minteq軟件分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH 為3～4時(shí)，UO2（NO3）2水溶液中鈾主要以UO22+和UO2OH+形態(tài)存在；當(dāng)pH為5～7時(shí)，鈾主要以（UO2）3（OH）5+和（UO2）4（OH）7+形態(tài)存在；當(dāng)pH為9時(shí)，鈾的主導(dǎo)形態(tài)為（UO2）3（OH）7-和UO2（OH）3-。隨著pH 的增大，溶液中主導(dǎo)的鈾酰復(fù)合體形態(tài)增大，大的鈾酰復(fù)合體較之小復(fù)合體具有更大的水合半徑，更容易被納濾截留，鈾截留率增大。當(dāng)原料液中鈾質(zhì)量濃度由7.5 mg/L 增至238 mg/L 時(shí)，由于pH=6 時(shí)溶液中的主導(dǎo)鈾酰復(fù)合體帶正電荷，易被吸附在帶負(fù)電荷的納濾膜表面，導(dǎo)致納濾膜的鈾截留率增大而通量降低。

Junjie SHEN等〔22〕認(rèn)為在納濾去除水中鈾離子的過(guò)程中，篩分效應(yīng)占主導(dǎo)作用。A.FAVRE-RéGUILLON等〔23〕也發(fā)現(xiàn)具有大孔徑的G10納濾膜（MWCO 2 500 u）鈾截留率明顯低于DL、DK納濾膜（MWCO 150～300 u）。這是因?yàn)?，納濾膜的孔徑是一把雙刃劍，致密的孔徑結(jié)構(gòu)有利于攔截鈾酰離子及其復(fù)合體，同時(shí)也高效截留其他非放射性離子，造成滲透壓的增高，膜的分離選擇性下降。袁中偉等〔24〕以NF270 和NF90 處理重鈾酸銨沉淀母液的模擬液，結(jié)果顯示這兩種膜的鈾截留率均高于95%，NF270 對(duì)硝酸銨的截留率低于10%，而致密的NF90 對(duì)硝酸銨的截留率高于43%。綜合考慮認(rèn)為NF270 膜更適用于重鈾酸銨沉淀母液的處理過(guò)程。

納濾過(guò)程具有離子選擇性。在處理生物浸提低品鈾礦液時(shí)，NF-2 納濾膜的U/K、U/Ca、U/Fe 的選擇性分別為1.51、1.7、2.71〔25〕；在處理受鈾污染地下水時(shí)，DL納濾膜的U/Na 和U/Mg 的選擇性分別為16 和11.8，且該膜的離子選擇性受共存離子及其濃度的影響〔22〕。

相對(duì)于超濾過(guò)程，納濾所需的操作壓力較大（0.1～1.0 MPa），水通量較低。雖然納濾膜能夠在一定程度上選擇性地截留鈾離子，使其他酸堿鹽離子或金屬離子透過(guò)膜，但原料液側(cè)富集的離子濃度不斷升高，造成滲透壓增大，膜的通量降低。M.G.TORKABAD 等〔25〕使 用 市 售 的 納 濾 膜NF-1 和NF-2從低品位鈾礦石的生物浸出液中選擇性地濃縮鈾，隨著滲透液體積的不斷增加，納濾膜的通量持續(xù)降低。當(dāng)滲透液體積占總體積的比值從10% 增至80%，NF-1 和NF-2 膜的通量分別下降64%和84%，鈾截留率下降17%和21%。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，沉積或吸附在膜表面的溶質(zhì)不斷增加，膜污染加劇。掃描電子顯微鏡觀察到NF-2 納濾膜表面有顆粒物存在。有關(guān)納濾處理含鈾廢水的膜污染文獻(xiàn)報(bào)道相對(duì)較少，還需要深入研究。此外，鈾酰離子易與無(wú)機(jī)或有機(jī)質(zhì)形成復(fù)合體，其在水溶液中的存在形態(tài)復(fù)雜。需要針對(duì)不同的形態(tài)對(duì)納濾截留機(jī)理進(jìn)行研究，以更好地理解和預(yù)測(cè)納濾膜的性能。

筆者總結(jié)了部分用于含鈾廢水處理的納濾膜，其處理含鈾溶液的性能見(jiàn)表2。

表2 納濾膜及其處理含鈾溶液的性能Table 2 Nanofiltration membranes and their performance in treatment of uranium-containing solution

1.3 反滲透

反滲透（RO）與納濾過(guò)程相近。兩者區(qū)別在于反滲透所采用的膜更為致密、操作壓力要求更高（0.1～10.0 MPa）。理論上，反滲透能去除水溶液中幾乎所有污染物（包括無(wú)機(jī)鹽、金屬離子、有機(jī)物和膠體等），同時(shí)獲得回用水。近年來(lái)報(bào)道的部分用于含鈾廢水處理的反滲透膜及其參數(shù)，以及其處理含鈾溶液的性能見(jiàn)表3。

表3 反滲透處理含鈾溶液的性能Table 3 Reverse osmosis membranes and their performance in treatment of uranium-containing solution

由表3 可知，不同廠家生產(chǎn)的反滲透膜對(duì)水溶液中鈾的截留率均可達(dá)到99%以上。如此高的鈾截留率使得反滲透過(guò)程可實(shí)現(xiàn)含鈾廢水的高度濃縮，并使出水中鈾濃度達(dá)到排放要求。如G.H.HSIUE 等〔29〕在5.5 MPa 的操作壓力下采用FT-30 反滲透膜處理鈾加工廢水（鈾質(zhì)量濃度為0.72 g/L），批次實(shí)驗(yàn)后廢水體積減小為原體積的30%（鈾質(zhì)量濃度為2.1 g/L），鈾截留率達(dá)99.6%。黃萬(wàn)波等〔30〕采用DTRO 反滲透膜處理經(jīng)蒸氨和超濾后的銨鹽沉淀含鈾廢水，該廢水中鈾質(zhì)量濃度為6.8 mg/L，氨氮質(zhì)量濃度為3.89 g/L，在7.0 MPa 的操作壓力下經(jīng)兩級(jí)三段反滲透處理后，出水鈾質(zhì)量濃度低于0.05 mg/L，鈾截留率大于99.3%，同時(shí)氨氮的脫除率約為94%，淡水總回收率大于70%。

此外，反滲透在截留廢水中鈾的同時(shí)，亦能有效截留廢水中的其他非放射性酸堿鹽離子或金屬離子。與納濾過(guò)程相近，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，滲透壓增大，水通量下降。因此，反滲透適用于處理低濃度的含鈾廢水，特別是含微量鈾的地表及地下水。2020 年，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）〔31〕報(bào)道了愛(ài)達(dá)荷州某偏遠(yuǎn)社區(qū)含鈾井水（鈾質(zhì)量濃度27.4 μg/L）的反滲透處理效果，結(jié)果顯示安裝在住戶家庭中的RO裝置可有效去除井水中的各種污染物，鈾的截留率大于99.6%，RO 出水鈾質(zhì)量濃度低于0.1 μg/L，已長(zhǎng)期作為該社區(qū)用戶的飲用水。M. MONTA?A 等〔34〕亦報(bào)道采用BW30LE-440 反滲透膜處理Llobregat 河河水以供應(yīng)巴塞羅那城市用水。

溶液中離子強(qiáng)度、共存離子及操作壓力對(duì)反滲透處理含鈾溶液的效果影響較大，pH 對(duì)截留率的影響相對(duì)較小〔8，35〕。當(dāng)原料液中硝酸銨濃度由0 增至0.5 mol/L，RO 水通量降低87.3%，產(chǎn)水中鈾酰離子的含量增大5 倍，鈾截留率下降；而隨著pH 的增大（4～9.5），RO 膜水通量幾乎不變，鈾截留率有少量提高〔8〕。M. HOYER 等〔35〕以RO 處理德國(guó)某廢棄鈾礦井水，發(fā)現(xiàn)在相同的操作壓力（2.0 MPa）和反滲透膜條件下，RO 對(duì)富含硫酸鹽的礦井水的鈾截留率為54.6%，而對(duì)富含碳酸鹽的礦井水的鈾截留率可達(dá)98%。鈾在富含硫酸鹽的礦井水中主要以中性的UO2SO4（68%）、游離的UO22+（28%）形態(tài)存在，而在富含碳酸鹽的礦井水中主要以中性的Ca2UO2（CO3）3存在。Ca2UO2（CO3）3尺寸較大，膜對(duì)富含碳酸鹽的礦井水的鈾截留率很高。

反滲透能有效去除含鈾溶液中的各種污染物，多級(jí)RO 處理后可直接獲得回用水或飲用水。然而該過(guò)程缺乏離子選擇性，不能區(qū)分水溶液中放射性核素與非放射性酸堿鹽離子，對(duì)于含鹽濃度較高的放射性廢水，其所產(chǎn)生的放射性濃水體積較大、水的回收率較低。此外，反滲透運(yùn)行成本較高，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求嚴(yán)格，一般需經(jīng)微濾或超濾預(yù)處理。

2 膜蒸餾

膜蒸餾（MD）是利用疏水微孔膜兩側(cè)的蒸汽壓差為傳質(zhì)推動(dòng)力的膜分離過(guò)程。它是膜技術(shù)與蒸發(fā)過(guò)程相結(jié)合的分離過(guò)程。與蒸餾相比，MD 過(guò)程可以低溫運(yùn)行（40～80 ℃）且設(shè)備較小。理論上，MD 過(guò)程能夠截留所有的離子、大分子、膠體、細(xì)胞和其他非揮發(fā)性物質(zhì)，其對(duì)鈾的截留率也很高，可截留水溶液中99%以上的鈾離子。段小林等〔36〕采用真空膜蒸餾法（VMD）處理質(zhì)量濃度為5 mg/L 的含鈾廢水。發(fā)現(xiàn)當(dāng)料液溫度為55 ℃，下游側(cè)壓力為2.66 kPa 時(shí)，聚丙烯微孔膜的鈾截留率為99.1%，通量為3.5 kg/（m2·h）。胡欣揚(yáng)等〔37〕利用聚四氟乙烯中空纖維膜組件處理核燃料元件生產(chǎn)工藝低放廢水。結(jié)果顯示，當(dāng)料液溫度為75 ℃，鈾截留率大于99.99%，膜通量初始為2.2 L/（m2·h），隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)膜通量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。餾出液中鈾質(zhì)量濃度低于1 μg/L，滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。S. YARLAGADDA 等〔38〕采用直接接觸式膜蒸餾法（DCMD）處理鈾質(zhì)量濃度為0.1～0.4 mg/L 的地下水，發(fā)現(xiàn)孔徑為0.22 μm 的聚丙烯和聚四氟乙烯微孔膜均能達(dá)到大于99.5%的鈾截留性能，并且水通量隨著膜兩側(cè)溫差及料液流速的增大而增加。

由于原料液中鈾濃度或鹽離子濃度對(duì)MD 水通量和截留率的影響相對(duì)較小（<5%），膜蒸餾較適用于中低水平的放射性廢水處理。單級(jí)MD 過(guò)程可獲得較高濃度的放射性濃水，有效減少固化處理費(fèi)用。然而該過(guò)程在沒(méi)有廢棄熱源可利用時(shí)，能耗較大，需開(kāi)發(fā)高效的潛熱回收裝置。此外，MD 過(guò)程易出現(xiàn)膜潤(rùn)濕及膜污染問(wèn)題，長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中濃縮料液易在膜表面形成鹽結(jié)晶，造成膜污染，并提高膜表面的親水性，使得膜潤(rùn)濕風(fēng)險(xiǎn)增大。

3 液膜

液膜法與溶劑萃取過(guò)程類(lèi)似。所不同的是，液膜法的萃取和反萃取過(guò)程分別發(fā)生在膜的兩側(cè)界面，溶質(zhì)從料液相萃入膜相，并擴(kuò)散到膜相的另一側(cè)，再被反萃取入接收相，實(shí)現(xiàn)萃取和反萃取的內(nèi)耦合。該過(guò)程的傳質(zhì)推動(dòng)力是膜兩側(cè)的化學(xué)勢(shì)梯度。鈾載體主要是包含有機(jī)磷酸酯類(lèi)的化合物，如磷酸三丁酯、磷酸二異辛酯基、三辛基氧化膦等。不同的液膜組成和結(jié)構(gòu)，鈾的去除率差異較大。

液膜法可分為乳化液膜法和支撐液膜法。乳化液膜法是制備油包水的乳狀液滴，將該乳狀液滴與原料液共混攪拌，鈾離子可從原料液中萃取出再反萃取入乳狀液滴的內(nèi)水相（接收相），最后分離出乳狀液滴并破乳獲得濃縮的含鈾溶液。乳化液膜法能夠去除或回收水溶液中大部分鈾。P. ZAHERI 等〔39〕采用2-噻吩甲酰三氟丙酮（HTTA）為載體制備乳化液膜，當(dāng)乳化液膜與原料液體積比為0.2 時(shí)，5 min 內(nèi)廢水中鈾的去除率達(dá)到99.8%。然而，乳化液膜的穩(wěn)定性較差，表現(xiàn)出滲漏和溶脹。復(fù)合乳化劑可在一定程度上改善其穩(wěn)定性，如S. S. KULKARNI 等〔40〕采用油溶性和水溶性?xún)煞N表面活性劑為乳化劑制乳，有效地抑制接收相的泄漏及乳液溶脹，接收相中鈾質(zhì)量濃度高達(dá)19 g/L，鈾回收率為99.6%。此外，通過(guò)在HTTA/Span-80/煤油的油相中添加膜改性劑（如聚異丁二烯）也可將乳液破損率和溶脹率分別降低至0.39%和0〔41〕。乳化液膜法處理含鈾廢水具有傳質(zhì)面積大、速率快且選擇性好的優(yōu)點(diǎn)，但其大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用還受制乳、破乳工藝及液膜穩(wěn)定性的限制。

支撐液膜主要采用惰性多孔膜，液膜溶液借助微孔的毛細(xì)管力含浸于孔內(nèi)。其分離機(jī)理為將料液和反萃取液分別置于液膜兩側(cè)，利用液膜內(nèi)發(fā)生的促進(jìn)傳輸作用，將待分離物質(zhì)從料液側(cè)傳輸?shù)椒摧腿?cè)。目前常用的多孔膜有聚四氟乙烯膜（PTFE）、聚偏氟乙烯膜（PVDF）、聚丙烯膜（PP）等。支撐液膜的試劑消耗量少，且具有類(lèi)似生物膜的能動(dòng)輸送功能，對(duì)鈾的分離選擇性高。C.S.KEDARI等〔42〕采用三辛基氧化磷（TOPO）/十二烷烴/PTFE 支撐液膜，處理含有多種金屬離子（如Al3+、Ca2+、Cu2+、Fe3+、Mg2+等）的含鈾廢水。結(jié)果顯示95%的鈾傳質(zhì)到反萃取相中，而其他離子幾乎沒(méi)有進(jìn)入反萃取相。在處理含2.75 g/L的釷和49 mg/L的鈾廢水溶液時(shí)，發(fā)現(xiàn)90%的鈾進(jìn)入到反萃取相中，僅8%的釷被萃取到反萃取相中。然而，由于蒸發(fā)或膜兩側(cè)壓差過(guò)大導(dǎo)致溶劑易從支撐孔中擠出，支撐液膜存在固定化溶劑流失的問(wèn)題，另外，支撐液膜的穩(wěn)定性較差、膜壽命相對(duì)較短。

筆者對(duì)近年來(lái)液膜法處理含鈾廢水的部分代表性研究進(jìn)行了總結(jié)，具體見(jiàn)表4。

表4 液膜處理含鈾溶液的性能Table 4 Performance of liquid membranes in treatment of uranium-containing solutions

4 電驅(qū)動(dòng)膜過(guò)程

電滲析（ED）是一種以直流電場(chǎng)為驅(qū)動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，從溶液中脫除或富集電解質(zhì)的膜過(guò)程，在脫鹽、酸及重金屬的回收中應(yīng)用較廣泛。然而，ED 法處理含鈾廢水的研究報(bào)道較少。這是因?yàn)樗芤褐须x子的特性對(duì)ED 處理效率影響顯著，U（Ⅵ）易與其他離子形成復(fù)合物，其相對(duì)分子質(zhì)量和水合離子半徑較大，采用ED 去除的效率較其他離子（如Li+、K+、Ca2+、Sr2+、Cl-、SO42-等）的低〔47〕。如C. ONORATO 等〔47〕以澳大利亞某地下水（鈾質(zhì)量濃度0.26 mg/L）為處理對(duì)象，該天然地下水（pH=8.4）中 鈾 主 要 以UO2（CO3）34-、（UO2）2CO3（OH）3-和UO2（CO3）22-形態(tài)存在，這些復(fù)合體的分子質(zhì)量〔如UO2（CO3）34-，330 g/mol〕較地下水中其他無(wú)機(jī)離子大的多，當(dāng)外加電壓為12 V 時(shí)，鈾的去除率為0，繼續(xù)增大電壓至18 V，鈾的去除率也僅增至29%。此外，pH 也影響著溶液中鈾的存在形態(tài)，低pH 有利于鈾的去除，如當(dāng)pH 為3 時(shí)，ED 對(duì)鈾的去除率可大于99%。目前關(guān)于ED 處理含鈾廢水的研究相對(duì)較少。針對(duì)溶液中共存離子、離子強(qiáng)度等對(duì)ED 去除鈾效果的影響及其長(zhǎng)期運(yùn)行情況還需要進(jìn)行更為廣泛的研究。

5 總結(jié)

膜技術(shù)在含鈾溶液處理中展現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景，可根據(jù)含鈾溶液水質(zhì)特點(diǎn)選擇不同的膜處理工藝。此外，多種膜過(guò)程組合使用可達(dá)到出水水質(zhì)穩(wěn)定、濃縮倍數(shù)高且運(yùn)行費(fèi)用低的目的，多級(jí)多段配置亦可最大限度地降低出水中鈾的含量，滿足實(shí)際需求。然而，膜技術(shù)在含鈾廢水工業(yè)化應(yīng)用中面臨著以下兩方面的重要問(wèn)題：（1）膜污染；（2）放射性物質(zhì)對(duì)膜造成的輻照損害。以上兩方面相互關(guān)聯(lián)，并最終影響膜的壽命和含鈾廢水的處理成本。

為了能更深入地了解膜技術(shù)處理含鈾溶液過(guò)程和放射性物質(zhì)對(duì)膜的輻照影響，未來(lái)的研究工作需要在以下方面進(jìn)行拓展和深入：（1）溶液中共存物質(zhì)對(duì)鈾存在形態(tài)及膜分離機(jī)制的影響；（2）膜處理過(guò)程中鈾在膜上沉積特點(diǎn)及其對(duì)膜結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的影響；（3）開(kāi)發(fā)耐輻照或穩(wěn)定性強(qiáng)的新型膜。