探索生态环境材料提铯离子筛的研制及其机理研究

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1、天津大学博士学位论文生态环境材料提铯离子筛的研制及其机理研究姓名：张慧源申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：王榕树;林灿生2000.11.1摘要本文以新兴材料观念。!：查堑生挝抖为本课题的指导思想，从珲论设计入下，纤一系"爻验，合成r新，弘焦磷钏酸锆，jf以其为基体．经嵌入、固位、抽iiI等系列的化学制筛r段，成功地制备了‘类新型的生态环境材料提铯离子筛。／长期以、宋，从高黼分的商放废液中分离放射性铯”7cs，始终是高放废液≯；：合处理的难点，尤其是在酸性较高的情况下．难度更人，至今没有较好的解决力法。本文致力『．采用离子交换

2、技术，"发研制了一类新型生态环境材料提铯离子筛。该利料不但具有较好的抗酸性、热和化学稳定性，而且灯铯离子有较高的选择性(分配系数Kd在40000mL儋以上)和较大的交换容鼻‘(高于1．82mmoj儋)；在酸度为3mol／L}州03的模拟高放废液中，对铯的交换牢可达96％以卜-，对铯离子的交换量远远大于对其它金属离子的交换量。在从真实裂变产物的酸性(3mol／LHN03)料液中分离放射性铯1”cs的动态实验中，原始料液中的放射性铯。37cs几乎全部被提铯离子筛所截留，铯与其它裂片儿索的分离凶数除铌”Nb的为28外，其余的均在280以I

3、：。所以，本交7r发研制的提铯离f筛对放射性铯”7cs确实有较好的选择分离效果．有望成为从强酸性高放废液巾直接提取刷州收放射性铯137cs的一类新型生态环境材料。其次，在f二述的动态实验t}，，尽管在原料液中含有裂变核素裂片元素铯137cs、锆95zr、铌95Nb、钉103Ru、钟14。ce和铈144ce，但足在分离步骤中jl自‘铯137cs和部分的锆”zr、铌95Nb被交换到提铯离子筛上；随后在洗脱步骤一f，，除绝人多数的铯137cs外，JI有少量的馄95Nb进入洗脱液中。而铌95Nb!F衰期较短，如果把l：述铯”7Cs产。镰液静

4、置贮存适当的时问后，可获得纯度较高的放射性铯”7cs产品液，经一定的处理后，可能有希望做为铯辐照源来满足}1前社会f：该方面的需求。本文经理化测试和汁篼，得提铯离子筛的理想化学式为：—-Il——————一【9zr0·40H·2zr0H·M004·6HP207】。·16nH20对应的提饱离r筛的理想分产量为2745n。经化学键等的理论计算和汁算机空阃组合与拟合，本文确定了提饱离一f筛的价键结构、理想结构单元和微观链状立体骨架结构。以上述微观结构为依据，能够定性地解释提铯离子筛所表现出来的主要性能，定量计算得出的理论离子交换容晕也能与实

5、验值较好地吻合。提铯离了筛对铯离子的化学吸附符合邮缪尔单分子层吸附理论；吸附热为：q=一1098×1010J／mol，是放热过程；化学吸附的热力学参数计算说明，提铯离子筛的铯离子吸附是自发过程。1，1一、／动力学数据分析与推导表明，提铯离子筛吸附铯离子的交换反应符合壳层反应机理；液膜扩散、颗粒扩散和化学反应三个串联反应步骤中颗粒扩散步骤为反应速度的控制步骤；经解析计算和数据拟合，本文给出了提铯离子筛对铯离子化学交换反应的垦鏖速度直程式。AbstractWiththeguidanceoftheconceptionofecomateri

6、als，a11entirelynewkindofecomaterialsCesiumIon—Sieve(shonedasCs—IS、wassuccessfullypreparedandstudied．Anewkindofinorganicionexchangerzireonylmolybopyrophosphate(ZMPP)isappliedasthemaⅡiXtreatcdbyspeciaIchemicaIsieVe—makingmeansincludingjnsertion，site—onandextractionreacti

7、on．IthaslongbeenademandingissuetoseparateradioactiVecesium-137f而mhi曲salineacidicHLLWsystems．1npanicular，a11increasemaciditywillcenainlyaddtoitscomplication．Bynowithasnotbeensemeddownsatisfactorily．TheecomaterialsCs～IS，developedbytheauthorsinthispaper，hasnotonlyexcellen

8、tacidresistantperfbmaIlcesa11dgoodchemicalandthe唧alstability，butalsoispossessedofhi曲selectivitytocesiumion(dismbution