一维纳米复合材料对水中放射性阳、阴离子共捕捉研究

To minimize the harm on human being and other lives, radioactive wastewater, which originates from the byproducts of nuclear power generation and other applications of nuclear fission or nuclear technology, such as research,medicine, and uranium mining, has to be efficiently purified to tolerable levels before it is released into the environment.The toxic species in the radioactive wastewater include radioactive cations (e.g. Cs+) and anions (e.g. I-).At present,different purification materials are utilized to remove radioactive cations and anions, respectively. In this project,based on our preliminary work, we proposed a novel design to fabricate core-shell structured one-dimensional titanate nanofibers and nanotubes, which are able to capture radioactive cations and anions in a same solution.The core of the delicate structure is the titanate nanofibers or nanotubes with tunneled or layered structure(to trap radioactive cations); the shell is composed of nanocrystals of metal oxides (to deposit radioactive anions).This project has the scientific siganificance for the investigation of structure evolution of the inorganic ion-exchangers in the adsorption process and the special reaction property of the nanocrystal shell, as well as the pracitical siganificance for the reduction of costs for the purification of the radioactive wastewater.

由核电站或者是应用放射性同位素研究的科研机构、医院、铀矿厂等排出的放射性废水，必须在排放前进行有效地净化处理，使其对人类和其他生物的危害降低到最低限度。在放射性核废水中，既含有放射性阳离子（如铯离子），又含有放射性阴离子（如碘离子）。目前，只能用不同的净化材料来分别清除不同的放射性阳离子和放射性阴离子。基于我们最近的科研成果，在本课题中首次提出设计合成一种具有核壳结构的钛酸盐纳米纤维和纳米管纳米复合结构，实现对放射性阳离子和阴离子的同时捕获。这种核壳结构的内核是具有隧道式结构或者是层状结构的钛酸盐纳米纤维或纳米管（捕获放射性阳离子），外壳是金属氧化物纳米晶（沉积放射性阴离子）。本课题的研究实验，不仅仅对降低放射性废水的净化成本有重要意义，对于深入研究无机纳米离子交换剂在吸附过程中的结构变化、晶体在纳米尺寸上的化学反应特性也具有积极的科学意义。

核电站或者是应用放射性同位素研究的科研机构、医院、铀矿厂等排出的放射性废水的组分复杂，比如日本福岛核事故排放的放射性废水中既含有放射性的阳离子Cs+和Sr2+，又含有放射性的阴离子131I-这些放射性元素或裂变产物。这些放射性离子就会严重地损坏人身健康，必须经过严格处理后才能排放，使其对人类和其他生物的危害降低到最低限度。目前，只能用不同的净化材料来分别清除不同的放射性阳离子和放射性阴离子。因此设计一种材料可以同时吸附水体的放射性阳离子和阴离子是非常有必要的。在本课题中，我们将氧化银纳米晶利用相界面牢固镶嵌到不同钛酸钠和钒酸钠纳米结构上，其中氧化银纳米晶可以高效吸附放射性碘离子，钛酸钠和钒酸钠纳米结构可以高效吸附放射性阳离子。此外，还首次解析了铌酸盐纳米结构对放射性阳离子的不可逆捕获机理，设计了针对放射性阳离子的高效吸附材料。针对放射性碘离子吸附中氧化银吸附中心昂贵的缺点，首次开发了氧化铋微纳结构，实现了对放射性碘离子的高效捕获。本课题的研究实验，不仅仅对降低放射性废水的净化成本有重要意义，对于深入研究无机纳米离子交换剂在吸附过程中的结构变化、晶体在纳米尺寸上的化学反应特性也具有积极的科学意义。