科學(xué)島團(tuán)隊(duì)開發(fā)新型吸附材料實(shí)現(xiàn)鍶的高效分離

近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院核能安全所科研人員開發(fā)了一種新型無機(jī)-有機(jī)雜化硅基多孔吸附材料，用于硝酸環(huán)境中鍶的選擇性高效分離，研究成果發(fā)表在環(huán)境科學(xué)和工程領(lǐng)域國際知名期刊Journal of Hazardous Materials上。

放射性鍶（90Sr，T1/2 = 28.8 a，Eβ = 0.54 MeV）因其高化學(xué)和生物毒性而被認(rèn)為是最危險(xiǎn)的放射性核素之一。在高放廢液的玻璃固化過程中，90Sr因衰變持續(xù)釋放熱量將使玻璃基體不穩(wěn)定并可能導(dǎo)致放射性核素浸出，若將90Sr作一種特殊放射源或熱源進(jìn)行回收利用，可有效減少玻璃固化體體積，同時(shí)降低高放廢液的處置成本。因此，在玻璃固化前將90Sr從高放廢液中進(jìn)行有效分離，既有利于放射性廢物的進(jìn)一步深地質(zhì)處置及降低處置成本，同時(shí)又可實(shí)現(xiàn)二次資源利用。

針對(duì)上述問題，該項(xiàng)目組在惰性環(huán)境中對(duì)多孔硅基載體SBA-15先后進(jìn)行氨基化和膦酸化改性處理，制備出一種新型硅基無機(jī)-有機(jī)雜化吸附材料CEPA@SBA-15-APTES，并研究了該吸附材料在10-10~4 M硝酸介質(zhì)中對(duì)88Sr穩(wěn)定核素的吸附行為。研究結(jié)果顯示，該吸附材料在3 M硝酸的模擬高放廢液（HLLW）中對(duì)Sr的分離系數(shù)高于90；室溫下，該吸附材料在10-6 M和3 M硝酸溶液中對(duì)Sr的吸附分別在30分鐘和5分鐘即可達(dá)到吸附平衡。該材料在上述兩種溶液中對(duì)Sr吸附行為的機(jī)制不同：在10-6 M硝酸溶液中為H+與Sr之間的離子交換；在3 M硝酸溶液中為磷酸基團(tuán)中的P=O和酰胺基團(tuán)中的C=O與Sr之間的配位作用。該研究不僅提供了一種新型無機(jī)-有機(jī)雜化硅基吸附材料的制備方法，也為酸性環(huán)境中Sr的選擇性高效分離研究提供了相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

圖1 CEPA@SBA-15-APTES制備過程示意圖

圖2 CEPA@SBA-15-APTES對(duì)Sr的吸附選擇性