核能安全所开发新型吸附材料实现锶的高效分离
文章来源：张世昌 发布时间：2024-03-06
近日，核能安全所科研人员开发了一种新型无机-有机杂化硅基多孔吸附材料，用于硝酸环境中锶的选择性高效分离，研究成果发表在环境科学和工程领域国际知名期刊Journal of Hazardous Materials上。
放射性锶（90Sr，T1/2 = 28.8 a，Eβ = 0.54 MeV）因其高化学和生物毒性而被认为是最危险的放射性核素之一。在高放废液的玻璃固化过程中，90Sr因衰变持续释放热量将使玻璃基体不稳定并可能导致放射性核素浸出，若将90Sr作一种特殊放射源或热源进行回收利用，可有效减少玻璃固化体体积，同时降低高放废液的处置成本。因此，在玻璃固化前将90Sr从高放废液中进行有效分离，既有利于放射性废物的进一步深地质处置及降低处置成本，同时又可实现二次资源利用。
针对上述问题，该项目组在惰性环境中对多孔硅基载体SBA-15先后进行氨基化和膦酸化改性处理，制备出一种新型硅基无机-有机杂化吸附材料CEPA@SBA-15-APTES，并研究了该吸附材料在10-10~4 M硝酸介质中对88Sr稳定核素的吸附行为。研究结果显示，该吸附材料在3 M硝酸的模拟高放废液（HLLW）中对Sr的分离系数高于90；室温下，该吸附材料在10-6 M和3 M硝酸溶液中对Sr的吸附分别在30 min和5 min即可达到吸附平衡。该材料在上述两种溶液中对Sr吸附行为的机制不同：在10-6 M硝酸溶液中为H+与Sr之间的离子交换；在3 M硝酸溶液中为磷酸基团中的P=O和酰胺基团中的C=O与Sr之间的配位作用。该研究不仅提供了一种新型无机-有机杂化硅基吸附材料的制备方法，也为酸性环境中Sr的选择性高效分离研究提供了相关实验数据和理论依据。
论文第一作者为核能安全所2021级博士研究生张世昌，通讯作者为黄群英研究员和南华大学的宁顺艳教授。该研究工作是核能安全所与南华大学研究团队合作开展，得到国家自然科学基金的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.133741
图1 CEPA@SBA-15-APTES制备过程示意图
图2 CEPA@SBA-15-APTES对Sr的吸附选择性
