眾所周知,放射性鍶和銫是核工業生產過程中重要的核裂變產物,也是放射性廢水中含有的大量放射性污染物,其半衰期長且具有持續的生物毒性。近年來,國內外使用天然沸石,合成沸石和復合沸石等天然環保材料來吸附和去除水中的放射性鍶和銫,并已得到有效利用。
一、背景闡述
隨著國內外核工業的快速發展,諸多核電站已經產生了大量的核廢液。90Sr和137Cs是這類廢液中最常見的放射性核素,半衰期約為30年,具有連續的放射性和生物毒性。90Sr是β射線輻射的來源,其在進入人體后,很容易在骨骼中積聚,抑制鈣化過程,導致人體患上骨折,骨質疏松等疾病,并可能引起骨肉瘤。137Cs主要釋放β和γ射線,這些射線在人體肌肉中富集,使整個身體都受到輻射。同時,其也可能會引起細胞癌,導致長期影響和遺傳危害,例如白血病,不育癥和胎兒畸形。2011年日本福島第一核電站核泄漏造成的持續傷害再次給人類敲響了警鐘。因此,水中放射性鍶和銫的去除受到國內外許多學者的廣泛關注。沸石是吸附劑中的經典材料之一。它具有獨特的結構,多種類型,價格合理,易于獲得,熱穩定性高,對放射性核素的選擇性好以及吸附能力強。
二、沸石材料可以有效吸附水中放射性鍶和銫
天然沸石是用于吸附法的一種優秀材料,對其研究開始于18世紀50年代。目前發現的天然沸石總共有80多種,用于去除水中放射性核素的主要是斜發沸石等。
自20世紀以來,天然沸石已用于去除核事故廢液中的放射性核素。1979年,在美國三哩島核事故中,天然沸石被用于處理放射性廢水。1986年,切爾諾貝利事故后,對水中鍶和銫具有高選擇性的天然斜發沸石被廣泛用于環境修復。在2011年福島核電站事故后的高濃度放射性廢水(137Cs活度:107?109Bq/L)的處理中,相繼建立了兩套銫吸附設備,以填充的菱鎂礦去除廢水中的銫。在吸附柱核素中。兩組設備并行運行。第一套銫吸附設備包含4根柱子,每根柱子的處理能力為300m3/d,137Cs的去污系數為102-104;第二套銫吸附設備包含2根色譜柱,每根色譜柱的處理能力為600m3/d,137Cs的去污系數為104?106。廢液中的油(重油和汽輪機油)幾乎不會影響Herschelite的銫吸附能力,海水中的鹽含量(質量分數3.4%)將使沸石對銫的吸附能力急劇下降至純凈水的1/10。
吸附材料在工程中的應用,是吸附法在放射性廢水處理中的未來發展趨勢。從目前的角度來看,沸石材料的吸附研究主要局限于實驗室吸附機理和吸附性能的研究。為了使其未來的開發具有更大的工程實用價值,建議對沸石材料在水中吸附放射性鍶和銫方面的研究可以更深入。