研究方向一:放射性元素在环境介质中的化学行为研究
研究背景和意义
随着核能的和平利用和核电的不断发展,放射性核废物的处理和处置是当今核能利用后必须解决的关键问题。核电的发展使放射性废物日益增多,核废物的处理处置已成为20世纪70年代以来核电发展最为人们所关注的问题,也是关系到核电能否进一步健康发展的关键问题之一。由于高放废物含有放射性强、发热量大、毒性大、半衰期长的核素,需要把它们与人类生存环境长期、可靠地隔离。在众多处置方案中,高放废物地质处置开发时间最长,目前最有希望投入应用。放射性核素与环境介质的相互作用是影响其在环境中的浓度、迁移、转化、生物可利用性及毒性的重要过程。长寿命放射性核素在环境中的化学物理行为,尤其是在分子水平的微观结构和吸附形态研究,对于评估和预测核废料处置的安全性,评价放射性核素对环境的污染和人类健康的潜在危害,具有重要的意义。
研究内容
(1)研究核素迁移宏观规律,为生态修复提供理论依据和技术支持;
(2)开展环境放射性核素热力学和动力学研究以及关键核素与环境中胶体、有机质、微生物等作用机制研究,为我国核能可持续发展、辐射防护与环境保护提供技术支持和保障;
(3)基于先进谱学技术和理论计算,在分子水平上阐明放射性去污材料与界面相互作用机理。
放射性元素与环境介质作用机理
放射性核素和环境介质的相互作用与其化学形态(chemical species)与微观结构密切相关。
XAFS数据采集、分析、计算
研究方向二:纳米复合材料高效选择性去除放射性元素
功能化纳米材料由于其高比表面、有序自组装而具有高效、高选择性的吸附特性,在放射性元素富集、分离、处理处置领域具有广泛的潜在应用前景。利用等离子体诱导接枝技术在其表面可控接枝不同功能基团,构建新型功能化复合纳米结构材料,选择性吸附分离元素;研究功能化纳米结构材料的吸/脱附行为和性能,阐明功能化纳米结构材料的吸附性能与纳米材料组成和组装结构的关系;调控微界面的物理、化学性质,提高功能化纳米结构材料对放射性核素的吸附选择性;研究表面接枝分子以及功能化纳米结构材料的辐照稳定性,探讨材料辐照前后微观结构和吸附性能的变化;采取宏观静态吸附、微观表征和理论计算相结合,研究不同放射性核素与功能化纳米结构材料在固-液界面的相互作用机理。在此基础上提出基于固相吸附/萃取的乏燃料后处理分离概念流程。
等离子体制备纳米复合材料富集放射性元素简易流程图
纤维素修饰碳纳米管对放射性核素U(VI)高效富集,其他共存离子影响基本解决。