利用黄铁矿还原固定地下水中铼的机理研究

利用非放射性的铼（Re）来替代放射性的锝(Tc-99)进行研究。通过批实验和柱实验的方法研究黄铁矿与高铼酸根离子之间的反应机理,将分别进行pH值、温度、氧气量、黄铁矿粒径大小以及水流速度对黄铁矿与高铼酸根离子之间反应影响的正交实验，并推导其反应动力学方程，从而最终获取能够最大限度固定地下水中高铼酸根离子的条件。本项目拟利用我国丰富的矿产资源-黄铁矿作为还原材料，综合研究其作为阻滞长寿命核素锝(Tc-99)的屏障材料的可能性及其最佳条件。本项目的研究成果将在一定程度上降低核废物处置工程的造价，为长寿命核废物处置场工程屏障设计提供依据，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。

放射性废物的处置已成为全世界研究的热点，本课题以铼作为放射性锝的替代元素，利用天然黄铁矿、合成黄铁矿、天然磁黄铁矿以及纳米零价铁对高铼酸根的还原固定进行了研究。首先研究了不同粒径和不同的初始pH值条件下，天然黄铁矿对高铼酸根的还原固定效果，研究表明粒径和初始pH值对天然黄铁矿还原固定水溶液中铼的效果有明显的影响。其中黄铁矿磨制100nm左右粒径，在初始pH为12左右时还原固定效果最好，去除率可以达到41.65%（ReO4-初始浓度18.6mg/L）。同时柱实验结果表明，100nm尺度的天然黄铁矿处理高铼酸根时高铼酸根的渗出率比黄土处理时降低了43.72%，说明黄铁矿的原位还原固定效果优于黄土。其次研究了合成黄铁矿对水中高铼酸根的去除,在pH=5时30d合成黄铁矿可以完全去除水中高铼酸根离子（ReO4-初始浓度5.7mg/L）,而在pH=4.1时7d内即可完全去除水溶液中高铼酸根离子。同时对合成黄铁矿还进行了还原固定水中锝的研究，研究结果显示合成黄铁矿对锝的还原效果非常好，在酸性条件（pH小于5时），反应在5小时内即可达到100%去除水溶液中高锝酸根离子的效果。随后研究了天然磁黄铁矿对水中铼的去除，磁黄铁矿是一种分布很广，可与多种矿物共生的铁的硫化矿物，是仅次于黄铁矿的一种常见铁硫矿物。与天然黄铁矿相比，磁黄铁矿对于高铼酸根具有更好的去除效果，对于初始浓度为5×10-5mol/L的高铼酸根溶液，其80d去除率可达97%以上。最后对纳米零价铁还原固定水中高铼酸根的机理进行了研究，研究发现12小时内，稳定的零价铁纳米粒子对初始浓度为10 mg/L的高铼酸根离子的还原去除效率达到了96%左右，XRD分析证明ReO2是还原产物。用稳定的纳米粒子悬浮液（Fe = 560 mg/L）处理负载ReO4-的黄土，水中可滤取的ReO4-降低了57%，几乎所有被洗提出来的Re以 ReO2的形式存在。