胡浩鳴

(1.東華理工大學(xué) 核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330013； 2.東華理工大學(xué) 水資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 南昌 330013)

1 引言

近幾年核工業(yè)發(fā)展迅速，鈾礦作為核工業(yè)的重要原料，需求量不斷增加，同時(shí)水體中放射性元素鈾污染的問題也越來越受到重視[1]。放射性含鈾廢水主要來源于鈾礦冶、提純、富集、精制加工以及反應(yīng)堆運(yùn)行廢水、放射性同位素廢水、反應(yīng)堆燃料滲流的廢水、大學(xué)實(shí)驗(yàn)室排放的廢水等。此外，殺傷性極強(qiáng)核武器的生產(chǎn)、自然原因或人為原因引起的核電站異常事故、戰(zhàn)爭(zhēng)貧鈾武器的隨意濫用也會(huì)加劇水體中鈾的污染[2-4]。

根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，放射性鈾比活度范圍為37 Bq/L～3.7×105Bq/L的廢水被稱為低濃度含鈾廢水。我國規(guī)定廢水中鈾的排放標(biāo)準(zhǔn)為50 μg/L；北美加拿大鈾排放標(biāo)準(zhǔn)為20 μg/L；美國國家環(huán)保局(EPA)規(guī)定排放廢水中鈾排放標(biāo)準(zhǔn)為30 μg/L；世界衛(wèi)生組織(WHO)推薦排放標(biāo)準(zhǔn)為2 μg/L[5]，以上看出我國鈾廢水排放標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)達(dá)國家和世衛(wèi)組織標(biāo)準(zhǔn)存在相當(dāng)大的差距。

水中的放射性核素鈾對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康的危害日益嚴(yán)重，鈾兼具輻射危害與化學(xué)毒性雙重效應(yīng)，一旦進(jìn)入人體后可在骨骼、腎臟和肝臟等人體部位進(jìn)行累積，從而對(duì)人類健康造成危害。因此，對(duì)含鈾廢水的高效、環(huán)保、資源化處理已成為當(dāng)務(wù)之急。研發(fā)新型鈾廢水處理技術(shù)已成為各國的研究熱點(diǎn)之一。較成熟的傳統(tǒng)鈾廢水凈化技術(shù)有化學(xué)沉淀、蒸發(fā)濃縮、溶劑萃取、植物修復(fù)、氧化還原、電化學(xué)、引水稀釋、膜分離等[6-9]。但這些方式成本較高并容易造成水體二次污染。環(huán)境吸附材料具有操作簡(jiǎn)單、選擇性好、穩(wěn)定、價(jià)格低廉、吸附容量高等特點(diǎn)，被普遍用于水體中放射性元素鈾的凈化。

2 環(huán)境吸附材料機(jī)理

環(huán)境吸附材料去除機(jī)理一般包括：范德華力、化學(xué)鍵、靜電引力等作用。因此，環(huán)境材料吸附劑自身的性質(zhì)對(duì)于吸附劑吸附容量、循環(huán)次數(shù)、去除率有關(guān)鍵影響。Kremleva[10，11]等研究了蒙脫石表面的吸附原理，借助于量子力學(xué)的方法得出脫質(zhì)子表面吸附與表面絡(luò)合吸附是該吸附材料的主要吸附機(jī)理。

3 環(huán)境吸附材料

當(dāng)前對(duì)于環(huán)境吸附材料的研究主要集中在粘土礦物、碳材料、微生物等。環(huán)境吸附材料具有價(jià)格低廉、儲(chǔ)量大、易獲得等特性，受到學(xué)者的重視。

3.1 粘土礦物

常用的粘土礦物包括凹凸棒、膨潤土、海泡石、硅藻土等。JIANG[12]等采用腐殖酸與凹凸棒發(fā)生反應(yīng)，制備了改性凹凸棒，并通過化學(xué)表征得出，吸附機(jī)理為羥基、Si-OH與鈾酰離子發(fā)生了絡(luò)合反應(yīng)。Wang[13]等使用膨潤土與HDTMA反應(yīng)，制備改性膨潤土吸附鈾，使得膨潤土的吸附容量擴(kuò)大了41.36 mg/g。Kilislioglu等[14]對(duì)海泡石進(jìn)行熱處理與酸改性，在相同試驗(yàn)條件下與原海泡石吸附鈾進(jìn)行對(duì)比，吸附容量上升至747.3 mg/g。Sprynskyy等[15]同樣使用HDTMA對(duì)硅藻土進(jìn)行改性，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)溶液pH=8，材料濃度為2 g/L，凈化后的水體幾乎檢測(cè)不到鈾的存在。但是存在吸附之后因吸附劑處置不當(dāng)而造成鈾的釋放，引發(fā)新的環(huán)境污染。

3.2 碳材料

碳材料具有較大的吸附容量、比表面積大、穩(wěn)定、去除率高等優(yōu)點(diǎn)。Li等[16]使用氧化石墨烯凈化含鈾廢水，投加量0.4 g/L，pH=4.0，凈化119 mg/L的鈾廢水，最終水體中鈾濃度幾乎降至背景值。Zhang等[17]通過有機(jī)物葡萄糖制備球形炭CSs，通過表征發(fā)現(xiàn)該材料具有豐富的含氧官能團(tuán)，對(duì)含鈾廢水具有較高的吸附容量與去除能力。但是改性碳材料的制備成本過高，在實(shí)際工程應(yīng)用受到阻礙。

3.3 微生物吸附材料

微生物吸附具有效率高、成本低、所需外界能量少等諸多優(yōu)點(diǎn)，在重金屬與放射性核素凈化領(lǐng)域受到人們?cè)絹碓蕉嗟难芯颗c青睞[18-20]。Xiao F等[21]利用包埋法制備了固化酵母珠微生物吸附劑，通過試驗(yàn)研究得知，該吸附劑具有很強(qiáng)的循環(huán)再生能力，對(duì)鈾的最大吸附容量可達(dá)到(163.9±12.2)mg/g。Li等[22]利用偕胺肟與黑曲霉混合進(jìn)行改性，凈化質(zhì)量濃度低于1mg/L的低濃度含鈾廢水，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與未改性黑曲霉相比去除率提高了22.02%。但是生物吸附法對(duì)于反應(yīng)條件要求比較嚴(yán)格，溶液處于比較嚴(yán)格的環(huán)境，微生物吸附將會(huì)受到不同程度的影響與限制。

4 展望

環(huán)境吸附材料經(jīng)過幾十年的發(fā)展，傳統(tǒng)吸附材料已經(jīng)得到越來越多的改進(jìn)，新型環(huán)境吸附材料取得了較多的新型成果。由于含鈾廢水的復(fù)雜多變，因此，廢水的水量、污染物的含量、各種離子的干擾、國家標(biāo)準(zhǔn)等因素是選擇吸附材料的重要依據(jù)。今后環(huán)境吸附材料的研究應(yīng)關(guān)注材料對(duì)實(shí)際含鈾廢水的吸附能力、加大力度改進(jìn)傳統(tǒng)吸附材料、吸附材料的處理處置問題等。