摘要
核能具有能量密集，功率高，易储存，且比较清洁等优点，因此，近年来世界各国都迅速发展核工业，中国也不例外。中国的核电站主要分布在东南沿海地区，核能事业迅速发展的同时可能会带来以下两方面的问题，一方面，核电站的设备在正常运行时的流出物中可能会含有少许放射性核素，如131I、58Co、60Co、124Sb、103Ru、95Zr、141Ce等[1];另一方面，可能会发生意外核事故，这两方面将会影响沿海地区人民的身体健康以及水生生物的生存。海洋中水体庞大，当放射性核素通过水系进入海洋后，放射性核素会快速扩散，使得浓度相对较低，所以在突发核事故时对海洋中放射性核素污染的快速富集及监测存在困难。目前对海洋中放射性核素的富集材料存在富集速度慢，富集效率低等缺点。 针对这个问题，本论文研究了分子筛和生物质基（纤维素基和甲壳素基）材料对模拟海水中人工放射性核素的快速富集。先使用孔径大小均一，离子交换性能优异的分子筛来富集模拟海水中的Ag+、Zn2+、Zr4+、Fe3+和Ce4+，但是研究结果发现分子筛仅能快速高效地富集模拟海水中的Zr4+，富集目标核素单一。为了达到富集效率快速高效并且富集的目标元素种类多，接下来从生物质基（纤维素基和甲壳素基）材料出发，利用机械化学法对其进行磷酸化改性，合成出能够快速富集模拟海水中放射性核素Zn2+、Zr4+、Fe3+、Ce4+的吸附材料。本论文主要包含以下三个方面: 1.分子筛的比表面积大、孔径均匀、吸附和离子交换能力强，以商用分子筛为吸附剂，使用3A、4A、13X三种型号的分子筛进行模拟海水和淡水中人工放射性核素的吸附实验。3种型号的分子筛可以有效地吸附淡水及模拟海水中的Zr4+，并且吸附量（或吸附效率）的大小依次为:4A分子筛＞3A分子筛＞13X分子筛。在淡水中，4A分子筛对Ag+、Zn2+、Fe3+、Zr4+、Ce4+的吸附快速且高效，但是在模拟海水中受高盐浓度的影响，分子筛仅吸附Zr4+。 2.玉米芯是一种丰富且廉价的纤维素来源，每年大约产生2.5亿吨玉米芯废料[2]，这些农业废弃物大多被丢弃或焚烧，将其合理利用可以减轻环境污染。以玉米芯纤维素为原材料，利用机械化学法，将玉米芯纤维素和含磷化合物在球磨罐中共球磨，球磨后水洗得到磷酸化纤维素。将所得到的磷酸化纤维素用于吸附模拟海水中的Zr4+和Ce4+，并探究了取代度、吸附剂用量、接触时间、初始离子浓度和竞争离子对吸附性能的影响。磷酸化纤维素可以高效地吸附模拟海水中的Zr4+和Ce4+，吸附速度快，大大降低了时间成本。磷酸化纤维素对模拟海水中Ce4+的吸附可以在10min达到平衡，吸附效率达到97％以上。磷酸化纤维素对模拟海水中Zr4+的吸附可以在30min达到平衡，吸附效率达到80％以上。本工作为农业废弃物玉米芯纤维素的利用提供了思路。 3.甲壳素是一种优良的金属螯合配体，具有环保无毒、生物降解性和生物相容性优异等特点。在2的研究基础上，以甲壳素为原材料，利用机械化学法，将甲壳素和含磷化合物在球磨罐中共球磨，球磨后水洗得到磷酸化甲壳素。磷酸化甲壳素可以高效地富集模拟海水中的Zr4+、Ce4+、Zn2+和Fe3+。磷酸化甲壳素对淡水溶液中Zn2+、Fe3+、Zr针和Ce4+的吸附效率都达到了90％以上，对Ce4+的吸附效率高达98％以上。在模拟海水溶液中，与淡水溶液相比，磷酸化甲壳素对Ce4+的吸附效率变化不大，仍然达到98％以上。磷酸化甲壳素对模拟海水中Zn2+，Fe3+，Zr4+和Ce4+的吸附速率比较快速，对Ce4+和Zn2+的吸附尤其快速，1min，吸附可以达到平衡，吸附效率分别达到97％和51％。磷酸化甲壳素对Fe3+的吸附在15min达到平衡，吸附效率达到54％，对Zr4+的吸附在25min达到平衡，吸附效率达到92％。
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