不同离子浓度对239Pu在高庙子膨润土上的吸附影响

邓晓颖，庹先国，冷阳春

1.核工业西藏地质调查院，四川 成都　610081；

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



不同离子浓度对239Pu在高庙子膨润土上的吸附影响

邓晓颖1，庹先国2,3,*，冷阳春3

1.核工业西藏地质调查院，四川 成都610081；

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

摘要：采用静态吸附法研究了239Pu在、Mg2+、Ca2+、Fe3+等不同离子浓度下在膨润土上的吸附。实验结果表明：随着、Mg2+、Ca2+、Fe3+浓度的增大，239Pu在膨润土上的吸附分配系数Kd值逐渐减小，而随着浓度的增加，Kd值先增加后减小，其中、Fe3+浓度对Kd值影响较大。

关键词：239Pu；膨润土；吸附行为

*通信联系人：庹先国(1966—)，男，四川成都人，教授，博导，核技术应用专业，E-mail: 376795177@qq.com

中国内蒙古高庙子地区的膨润土蒙脱石含量高，且具有渗透性低、膨胀性高及导热性良好等特性，因此，作为我国高放废物处置中缓冲回填材料之一被加以广泛研究[1-3]。而239Pu是核反应堆运行、核武器试验以及核设施的退役等活动过程当中产生的一种典型的关键高放废物核素，它寿命长、活度高、毒性大，因此，开展239Pu在缓冲回填材料——膨润土中的吸附特征研究尤为必要[4-7]。

1实验部分

1.1　仪器与试剂

FHT 770T型 Multi Low Level Counter多道低本底计数器，美国Thermo公司，测量239Pu放射性计数，探测效率为：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 型离心机，北京京立离心机有限公司； 404-1红外线干燥箱，上海市实验仪器总厂；KL-UP-I-20 型艾柯实验室超纯化水机， 成都唐氏康宁科技发展有限公司，RO水电导率不大于1 μS/cm(25 ℃)，超纯化水电导率不大于0.2 μS/cm(25 ℃)；THZ-82回旋水浴恒温振荡器，无锡沃信公司。

239Pu(NO3)4溶液，400 kBq/L，中国工程物理研究院提供，其中HNO3浓度为4 mol/L；无水硫酸钠、无水碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钙、氯化镁、氯化铁、无水乙醇、氢氧化钠、硝酸均为市售分析纯试剂；膨润土采自中国内蒙古高庙子地区，其成分列于表1。

1.2　实验原理与方法

静态吸附法是国际公认的测定吸附分配系数Kd值的方法。吸附分配系数为核素固相中浓度与液相中浓度之比，膨润土对239Pu的吸附能力常用Kd值衡量[10]：

其中，Kd为吸附分配系数，mL/g；A0、At为吸附前后每mL水相中放射性核素的放射性计数率；V为液体体积，mL；m为吸附质膨润土的质量，g。

表1　高庙子膨润土的质量分数

实验方法：往离心管(内壁经二氯二甲基硅烷预处理)中加入6 mL不同离子种类的水溶液(浓度分别为0.001、0.005、0.01、0.03、0.05、0.07、0.10 mol/L)，添加0.05 g膨润土样品，震荡1 h后静置2 d；用微量加液器添加20 μL标液，震荡2 h，静置后每天震荡1次，直到24 h后吸附达到平衡。

离心测量：取液3 mL于离心机上4 000 r/min离心1 h，用微量移液器取清液100 μL滴定于电镀盘上，烘干后用FHT 770T谱仪测量5 h。

2结果与讨论

图浓度对239Pu在膨润土上吸附的影响Fig.1　Effect of concentration of on adsorption of 239Pu onto bentonites

图浓度对239Pu在膨润土上吸附的影响Fig.2　Effect of concentration of on adsorption of 239Pu onto bentonite

图浓度对239Pu在膨润土上吸附的影响Fig.3　Effect of concentration of on adsorption of 239Pu onto bentonites

2.4　Mg2+浓度对239Pu在膨润土上吸附的影响

Mg2+浓度对239Pu在膨润土上吸附平衡后的影响结果示于图4。从图4可以看出，239Pu在膨润土上的吸附分配系数Kd值随着Mg2+浓度的增大而减小，最终趋向于平缓。通过最小二乘法拟合，拟合结果良好，数据结果准确，Mg2+在一定浓度范围内对239Pu在膨润土上的吸附有一定的影响。

图4　Mg2+浓度对239Pu在膨润土上吸附的影响Fig.4　Effect of concentration of Mg2+on adsorption of 239Pu onto bentonites

2.5　Ca2+浓度对239Pu在膨润土上吸附的影响

Ca2+浓度对239Pu在膨润土上吸附的影响结果示于图5。从图5可以看出，239Pu核素在膨润土上的吸附分配系数Kd值随着Ca2+浓度的增大而减小，当Ca2+浓度小于0.03 mol/L时，随着Ca2+浓度的增加，239Pu在膨润土上的吸附分配系数下降很快，表明增加Ca2+浓度可以有效地阻碍239Pu在膨润土上的吸附；当Ca2+浓度大于0.03 mol/L时，吸附分配系数Kd值变化较平缓，Ca2+浓度对239Pu在膨润土上的吸附影响不大。对实验数据进行最小二乘法拟合，拟合系数r2=0.95，表明实验数据较准确。

图5　Ca2+浓度对239Pu在膨润土上吸附的影响Fig.5　Effect of concentration of Ca2+on adsorption of 239Pu onto bentonites

2.6　Fe3+浓度对239Pu在膨润土上吸附的影响

Fe3+浓度对239Pu在膨润土上吸附的影响结果示于图6。从图6可以看出，239Pu在膨润土上的吸附分配系数Kd值随着Fe3+浓度的增大而急剧减小。Fe3+与膨润土溶液中的多种阴离子发生反应，生成大颗粒物质，覆盖在膨润土固体颗粒表面及填充在颗粒空隙中，阻碍了膨润土对239Pu的吸附。Fe3+本身对239Pu有较强的吸附作用。对实验数据进行最小二乘法拟合，拟合系数r2=0.98，拟合结果良好。实验结果表明：Fe3+浓度的增加，可以起到阻碍239Pu在膨润土介质上的吸附。

图6　Fe3+浓度对239Pu在膨润土上吸附的影响Fig.6　Effect of concentration of Fe3+on adsorption of 239Pu onto bentonites

3结论

参考文献：

[1]温志坚. 中国高放废物处置库缓冲材料选择与基本性能[J].世界核地质科学,2010,27(2)：123.

[2]Wang Xiangke, Tan Xiaoli, Ning Quanli, et al. Simulation of radionuclides99Tc and243Am migration in compacted bentonite[J]. Appl Radiat Isotopes, 2005, 62(5): 759-764.

[3]Sabodina M N, Kalmykov S N, Sapozhnikov Y A, et al. Neptunium, plutonium and137Cs sorption by bentonite clays and their speciation in pore waters[J]. J Radioanal Nucl Chem, 2006, 270(2): 349-355.

[4]Zhao D L, Feng S J, Chen C L, et al. Adsorption of thorium(Ⅳ) on MX-80 bentonite: effect of pH, ionic strength and temperature[J]. Appl Clay Sci, 2008, 41(1-2): 17-23.

[5]冷阳春，庹先国，李哲，等.239Pu在西南某地板岩与土壤中的吸附行为[J].环境化学,2012,31(1):31-35.

[6]Aytas S, Yurtlu M, Donat R. Adsorption characteristic of U(Ⅵ) ion onto thermally activated bentonite[J]. J Hazard Mater, 2009, 172(2-3): 667-674.

[7]李书绅，王志明，李祯堂，等.237Np、238Pu、241Am和90Sr近地表迁移行为及含超铀核素中低放废物处置安全评价方法研究[J].核科学与工程,2005(4):330-346.

[8]章英杰,范显华.Pu在地质环境中化学行为的研究进展[J].核化学与放射化学,2006,28(4):193-206.

[9]李书绅，范智文，孙庆红，等.237Np,238Pu,241Am和90Sr在中国和日本膨润土中迁移的野外试验[J].核化学与放射化学,2006,2012(1):11-15.

[10]刘德军，范显华，章英杰，等.99Tc在Ca-基膨润土中的吸附行为[J].核科学与工程,2004(2):144-151.

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

作者简介：邓晓颖(1985—)，女，黑龙江哈尔滨人，助理工程师，核资源与核勘查工程专业

基金项目：国家自然科学基金资助项目(40974065)；国家杰出青年科学基金资助项目(4102501)

修订日期：2014-11-26

收稿日期：2014-06-24；

doi：10.7538/hhx.2015.37.03.0189

中图分类号：TL942.1

文献标志码：A

文章编号：0253-9950(2015)03-0189-04