氧化鎢用於治理核廢水取得進展

近日,為獲得酸性條件下對放射性核素具有高選擇性和強去除能力的吸附劑,中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所李家星課題組對過渡金屬元素的氧化物進行研究,通過一步溶劑熱法製備出的WOX/C實現了對Sr(II)和Co(II)的高效去除,相關研究成果發表ACS Sustainable Chemistry & Engineering上。

據瞭解,研究所製備出用於處理核污染的氧化鎢為紫色氧化鎢(W18O49),採用的溶劑熱法的工作原理類似于水熱法,也是在特製的密閉反應容器(高壓釜) 裡完成工作,所不一樣的是採用其他有機溶劑代替水作為反應介質,有機溶劑也起到了媒介、礦化和傳遞壓力等作用,一般情況下有機溶劑的沸點比較低,所以在製備過程中所需要的反應溫度相對較低,耗能較少;常見的溶劑為乙醇。

氧化鎢用於治理核污染圖片

在工業中,紫色氧化鎢被用於還原納米鎢粉的主要原材料,它具有很多優點,例如均勻多孔、強耐酸性、高熱穩定性、低細胞毒性等。其中,W18O49表面存在的豐富的氧空位能為金屬離子的固定和絡合提供活性位點。此外,通過在其表面嫁接有機含碳官能團形成了WOx/C納米線網路,由於其疏鬆的空間結構,材料的比表面積大,這進一步增加了其對金屬離子的固定能力,因此,以紫鎢為基礎的環保材料被科研人員廣泛關注。

中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所是我國主要的核子物理科研機構之一,2017年,該院人造太陽項目“EAST”東方超環以實現穩定的101.2秒穩態長脈衝高約束模等離子體運行而創造了新的世界紀錄,可見其在核能研究領域已經取得豐碩的成果,在未來的核能研究領域也必將大有作為。隨著人類社會發展和對環保能源的重視,未來社會核能源將會發揮更加重要的作用,但不可忽視的是,放射性廢水的有效處理是核能作為清潔能源的重要前提。

放射性廢水按放射性活度高低分為高、中、低和弱放射性廢水,廢水來源包括核電站廢水、鈾礦選冶廢水、乏燃料後處理廢水以及醫院、科研等單位產生的廢水。乏燃料後處理廢水主要包括乏燃料後處理和放射性物質分離製造過程產生的廢水等,代表核元素包括137Cs、90Sr及鈾、鈈、超鈾元素等,這些廢水放射性濃度都很高,危險性極大。

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目前,放射性廢水的處理仍是我國環境保護面臨的重大問題之一,伴隨核能利用產生的放射性廢水不斷增加,放射性廢水的處理將會成為未來核能利用必須妥善解決的問題。隨著現有技術的不斷成熟和提高,對傳統的放射性廢水處理工藝做進一步優化,根據不同的物件可以選擇不同的處理和處置辦法,可以更有效地達到減量化,資源化,無害化的目的。據瞭解,科學家發現,以氧化鎢為前驅的W18O49/C材料對廢水中污染性最強的兩種核污染元素有特效。

實驗結果表明,WOx/C能夠實現酸性條件下對Sr(II)和Co(II)的高效富集,尤其是Co(II),能夠在十分鐘之內達到吸附平衡。通過對其吸附機理的研究發現,WOx/C表面的氧空位和官能團C-O對金屬離子的絡合起關鍵作用。WOx/C的製備簡單環保,對核素離子的吸附量大,在放射性水污染處理領域有廣闊的前景。

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