全氟及碳氢表面活性剂辐解稳定性对比及其对沉淀浮选法处理含铯废水的影响研究

This project intends to take the radiolysis mechanism study of perfluorooctane sulfoacid under the electron beam irradiation as case study, and carry out comparative studies on radiolysis kinetics between fluorinated and hydrocarbon surfactants, to explore the governing factor during the radiolysis process of fluorinated surfactant, which is still in the dispute between two attack effects of hydroxyl radicals and hydrated electrons respectively. In addition, for the aspect of applying the method of ferrous cyanide precipitation floatation in the treatment process of radioactive liquids containing cesium in simulated seawater environment, the effects of Na+、Mg2+ on the distribution of cesium, and the effects of Cs+ on the selectivity coefficient of Na+、Mg2+are to be systematically studied. And comparative studies are also to be carried out, which include treating waste water containing 133Cs or 137Cs with fluorinated and hydrocarbon surfactants respectively by precipitation flotation, to reveal the impact of radiolysis resistance of different surfactants on the treatment efficiencies. The targets of this project are to elaborate the irradiation mechanism of the fluorinated surfactant, and provide basic data and theoretical foundation for the application of the method of ferrous cyanide precipitation floatation, which is used for the treatment process of large-volume sea radioactive liquids containing cesium.

围绕全氟表面活性剂的辐解机理究竟是以氢氧自由基还是以水合电子的攻击作用为主的争论，以全氟辛烷磺酸为代表深入研究其在电子束辐照下的辐解机理，并开展其与普通碳氢表面活性剂辐解动力学方面的对比研究，阐述两者的辐解稳定性等方面的区别。围绕模拟海水环境下亚铁氰化物共沉淀浮选法处理含铯放射性废水方面，系统测定铯离子的分配系数及其受钠、镁离子的影响，铯离子对钠、镁离子的选择性系数等基础实验数据；同时，通过使用全氟表面活性剂与碳氢表面活性剂沉淀浮选法分别处理含稳定的铯-133及放射性的铯-137废水的对比研究，揭示表面活性剂的辐解稳定性对该处理方法的影响程度。本研究的目的，一方面可以进一步明确全氟表面活性剂辐解机理，另一方面可以为亚铁氰化物沉淀浮选法处理海水环境下含铯放射性废液的实际应用提供理论依据与指导。

针对共沉淀浮选法中使用的各种表面活性剂辐解稳定性问题，PFOS降解过程需要eaq-与∙OH的共同参与，·OH主要攻击C-F键，而eaq-在C-C、C-F和C-S键断裂中都发挥作用。相同剂量下，碳氢表面活性剂的降解率要比PFOS大，说明PFOS的辐解稳定性更好。 PFOS、LAS和CTAB三种表面活性剂在电子束辐照下的分解过程符合拟一级动力学方程。辐解半衰期研究表明，PFOS的半衰期要明显大于LAS和CTAB，表明全氟表面活性剂的辐解稳定性要优于碳氢表面活性剂。.Ni(NO3)2和K4Fe(CN)6生成共沉淀KNiFC去除Cs+的静态实验表明，当模拟海水中Cs+离子浓度为1.00mg/L时，Cs+离子在固液两相中的分配比约为8×104，Na+和Mg2+的分配比则分别只有2.9和2.3，Cs+对两者的选择性系数约为2.8×104和3.5×104。KNiFC对1.00mg/L的Cs+离子去除率均高达99%以上。KNiFC粒径分布主要集中的区域为0.1μm~10μm， Na+和Mg2+是通过置换K+进入共沉淀物中，Cs+有促进Mg2+置换Ni2+的作用。KNiFC的组成、粒径及其对Cs+离子的去除几乎不受温度与时间的影响。.M(NO3)2与K4Fe(CN)6生成共沉淀KMFC的对比研究（M2+代表Ni2+、Cu2+、Co2+和Cd2+）表明，KMFC粒径均主要集中的区域为0.1μm~10μm；Na+和Mg2+离子存在会对粒径分布产生一定的影响。水样中的Cs+离子为1.00mg/L时， KMFC对Cs+离子的去除率均可高达99%以上，且分配系数Kd(Cs)高达104，αCs/Mg和αCs/Na都高达104；KNiFC、KCuFC、KCoFC和KCdFC对Cs+离子的吸附容量分别约为385mg/g、330mg/g、410mg/g和365mg/g。.KNiFC共沉淀浮选处理133Cs+废水研究使用自制的两种浮选装置。静态浮选实验选用LAS、TWEEN-20、CTAB和PFOS作为表面活性剂，分别研究在模拟含Cs+废水和模拟含Cs+海水的环境下的除铯效果。结果表明CTAB的处理效果最好，两种环境下Cs+去除率均在99%以上。动态浮选实验发现仍是CTAB的浮选效果最好，模拟海水环境下，Cs+去除率可达94.6%。