中國(guó)粉體網(wǎng)訊 據(jù)媒體報(bào)道，日本政府近日正式?jīng)Q定將福島第一核電站的上百萬(wàn)噸核廢水過(guò)濾并稀釋后排入大海。據(jù)悉，2011年3月日本因大地震造成核泄漏事故后，東京電力為了避免反應(yīng)堆出現(xiàn)堆芯熔毀，不得不緊急向福島第一核電站機(jī)組注入大量海水，致使機(jī)組廠(chǎng)房和附近部分區(qū)域積累大量高輻射廢水，研發(fā)快速、高效的核廢水處理技術(shù)，已是世界核科學(xué)技術(shù)發(fā)展的迫切需求。
據(jù)了解，放射性廢水中包含大量的不同放射性核素，如51Cr、54Mn、60Co、65Ni、56Mn、84Br、88Rb、90Sr、134Cs、137Cs、99mTe、131I、137mBa等。放射性“三廢”中，對(duì)環(huán)境及人類(lèi)的危害而言，放射性廢水是需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題，同時(shí)也面臨著較多的技術(shù)挑戰(zhàn)。因此必須認(rèn)真對(duì)放射性廢水進(jìn)行妥善的處理和處置，嚴(yán)格控制放射性廢水的任意排放。
常用的放射性廢水處理技術(shù)包括蒸發(fā)濃縮、化學(xué)沉淀法、電滲析法、膜法、離子交換法等。目前處理放射性廢水比較成熟和有效的方式主要包括有機(jī)材料樹(shù)脂和無(wú)機(jī)材料多價(jià)金屬磷酸鹽、普魯士藍(lán)類(lèi)化合物、多價(jià)金屬(過(guò)渡金屬)的氧化物及氫氧化物、鋁硅化合物的離子交換法。
有機(jī)離子交換樹(shù)脂
有機(jī)離子交換體系中，用離子交換樹(shù)脂的廢水處理技術(shù)相對(duì)比較成熟，并有多年的應(yīng)用歷史。但是有機(jī)離子交換樹(shù)脂在應(yīng)用過(guò)程中也存在一些缺點(diǎn)，例如：耐輻射和高溫能力差，在固化中易形成空穴而導(dǎo)致廢液的浸出，分解產(chǎn)物不便于后續(xù)處理，對(duì)含機(jī)油的溶液交換能力低等，影響了廢水處理效果。
多價(jià)金屬磷酸鹽
近幾年來(lái)，一類(lèi)原料易得、制備技術(shù)簡(jiǎn)單，離子交換性能好，且耐高溫、耐氧化劑、耐輻射的磷酸鹽系列陽(yáng)離子交換劑引起了人們的廣泛關(guān)注。美國(guó)蒙特實(shí)驗(yàn)室利用內(nèi)裝CaHPO4的離子交換柱處理含有238Pu和210Po的放射性廢水，去除率為99.8%。
大量研究表明，磷酸鋯是多價(jià)金屬磷酸鹽的突出代表，它具有交換容量大；可以和大多數(shù)金屬陽(yáng)離子發(fā)生交換作用，具有較高的離子選擇性。其在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)離子交換實(shí)驗(yàn)中均具有良好的穩(wěn)定性，在300°C下能進(jìn)行有效交換。但是在酸性、高鹽量的高放廢水中，磷酸鹽材料交換容量比較低，不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。而且通常在中性或堿性反應(yīng)堆循環(huán)水中，ZrP水解損失磷酸根的現(xiàn)象十分嚴(yán)重。
普魯士藍(lán)類(lèi)化合物
用普魯士藍(lán)類(lèi)化合物作為離子交換劑是研究放射性廢水處理的一大熱點(diǎn)。其特殊的結(jié)構(gòu)決定了它既具有無(wú)機(jī)電活性，又同時(shí)有沸石特性能在水溶液中很快地與堿金屬離子發(fā)生交換。實(shí)驗(yàn)表明，普魯士藍(lán)化合物在酸性、高含鹽量介質(zhì)中具有足夠的機(jī)械穩(wěn)定性、良好水力學(xué)性能和對(duì)銫離子有較強(qiáng)的結(jié)合能力。
在1987年的切爾諾貝利核事故以及2011年的日本福島核電站泄漏事故中，普魯士藍(lán)都被有效的用于吸附Cs+。但是由于普魯士藍(lán)本身粒徑小，容易聚集的特點(diǎn)，導(dǎo)致普魯士藍(lán)的后續(xù)回收十分困難，所以研究易于回收的普魯士藍(lán)功能材料一度成為了熱點(diǎn)。
多價(jià)金屬(過(guò)渡金屬)的氧化物和氫氧化物
多價(jià)金屬的氫氧化物和水合氧化物這兩類(lèi)物質(zhì)大多都具有兩性交換能力。這類(lèi)無(wú)機(jī)離子交換劑的離子交換原理包括兩部分：一部分是體系中的有毒有害金屬離子與多價(jià)水合氧化物和氫氧化物表面的耦合氫離子相交換；另一部分是金屬離子與多價(jià)水合氧化物和氫氧化物結(jié)構(gòu)中半徑較大的一價(jià)或二價(jià)陽(yáng)離子相交換。如調(diào)節(jié)氧化鋁溶液的pH值，就可以分離Fe、Mo、Tc等無(wú)載體的放射性核素，它們?cè)谌芤褐卸家躁庪x子形式存在。近年來(lái)，利用MnO2尤其是改性后的MnO2對(duì)含Co、Cr、Cu、Pb等重金屬離子的廢水做了大量研究。但是這類(lèi)化合物與磷酸鹽相似，受酸度、鹽度的影響比較大，要在技術(shù)上改進(jìn)相對(duì)比較困難。
鋁硅化合物
以沸石、粘土為代表的鋁硅化合物是最早應(yīng)用于放射性廢水處理的無(wú)機(jī)材料。沸石是硅氧四面體和鋁氧四面體，四面體以硅或鋁原子為中心，四周包圍4個(gè)氧原子，硅氧或鋁氧四面體通過(guò)相互連接四面體頂點(diǎn)的氧原子，使之組成單元環(huán)、雙元環(huán)或多元環(huán)，從而形成具有三維空間結(jié)構(gòu)的結(jié)晶多面體。但因?yàn)殇X氧四面體中的一個(gè)氧原子的價(jià)電子沒(méi)有被中和，所以整個(gè)四面體帶有一個(gè)負(fù)電荷。為了保持電中性，四面體附近需要有一個(gè)金屬陽(yáng)離子來(lái)抵消，因此可以用來(lái)做離子交換劑。
大量實(shí)驗(yàn)證明，硅鋁酸鹽對(duì)放射性廢水中銫和鍶有良好的選擇性，而且交換137Cs的沸石可原封不動(dòng)地作為放射源使用。日本崛岡正和等報(bào)道了利用天然沸石從低放射性廢水中去除137Cs的工作。美國(guó)漢福特核燃料處理工廠(chǎng)報(bào)道了利用天然沸石從高水平放射性廢液中回收137Cs的工藝流程。但是硅鋁酸鹽這類(lèi)無(wú)機(jī)離子交換劑受溶液酸度和鹽度的影響大，在高鹽度和高酸度情況下，吸附性能大大地減弱的局限性，只適合在低酸和低鹽度的放射性廢水中測(cè)量。
新型多孔材料
多孔材料是一種由孔泡和相互連接的孔壁組成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料，具有比表面積大、孔隙率大、相對(duì)密度小、熱導(dǎo)率小等特點(diǎn)。大量研究發(fā)現(xiàn)，由于三維多孔材料結(jié)構(gòu)的特殊性，對(duì)放射性廢水離子的交換容量大，后處理方便等優(yōu)勢(shì)，對(duì)廢水處理有非常好的效果。
各種多孔材料的特性
（來(lái)源：核應(yīng)急廢水處理用普魯士藍(lán)/碳納米管海綿吸附材料及性能，沈舞婷）
其中，多孔陶瓷是以剛玉砂、碳化硅、堇青石等優(yōu)質(zhì)原料為主料，經(jīng)過(guò)成型和特殊高溫?zé)Y(jié)工藝制備的一種具有高開(kāi)口氣孔率的一種多孔性陶瓷材料，具有耐高溫、高壓；抗酸、堿和有機(jī)介質(zhì)腐蝕；良好的生物惰性；可控的孔結(jié)構(gòu)及高的開(kāi)口孔隙率；使用壽命長(zhǎng)；產(chǎn)品再生性能好等優(yōu)點(diǎn)。多孔陶瓷作為一種三維開(kāi)架多孔材料，在廢水處理方面具有很大的發(fā)展?jié)撃堋?/p>
近幾年來(lái)，利用無(wú)機(jī)陶瓷處理放射性廢水的研究日趨成熟，實(shí)驗(yàn)制備了陶瓷膜及其改進(jìn)技術(shù)對(duì)離子吸附有顯著的成效。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家通過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)，利用機(jī)械擠出、顆粒堆積、成孔劑、發(fā)泡、多孔模板、凝結(jié)構(gòu)成多孔陶瓷和多孔玻璃陶瓷等，實(shí)現(xiàn)了大容量吸附的目的。
參考來(lái)源：
核應(yīng)急廢水處理用普魯士藍(lán)/碳納米管海綿吸附材料及性能，沈舞婷，南京航空航天大學(xué)2014
普魯士藍(lán)及其功能材料在廢水凈化中的應(yīng)用，李軍奇，長(zhǎng)春理工大學(xué)2020
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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