中国科大在深度净化含99Tc放射性废水方面取得一系列重要成果

来源：中国科学技术大学时间：2024-12-25 04:49:08

核电厂运行、核事故应急、乏燃料后处理与核设施退役、以及医用同位素应用等过程都会产生大量的对人类健康和生态环境构成潜在威胁的含⁹⁹Tc放射性废水，发展含⁹⁹Tc放射性废水高度减容和深度净化处理技术至关重要。

目前，⁹⁹TcO₄^-的去除主要存在三大难点：①由于其半衰期长(2.13×10⁵年)、溶解高性(11.3mol/L, 20℃)、流动性强(岩石矿物中低吸附容量)，⁹⁹TcO₄^-极易迁移至地下水与周边环境。②⁹⁹TcO₄^-会与铀、钚或锆形成溶剂化合物，在PUREX流程中铀钚分离时，⁹⁹Tc会进入水相和有机相，极大增加铀钚分离难度。③高放废物高温玻璃固化时会产生挥发性的⁹⁹Tc₂O₇，会增加放射性气体的析出，必须使用机械沉降分离设备，这会增加处理的难度和成本。因此，需设计有效且高效的⁹⁹Tc去除方法以解决⁹⁹TcO₄^-迁移和泄漏污染的问题。

双阳离子共价有机聚合物构建策略图

为此，核科学技术学院辐射防护课题组陈志副教授团队利用双阳离子策略通过两步法成功构建了具有高电荷密度和丰富活性位点的双阳离子共价有机聚合物（DCOP）材料。光谱表征结合理论计算的结果显示，DCOP呈现片状结构，具有优越的多孔性和一定的热稳定性能，这是利于⁹⁹TcO₄^-的去除。利用非放射性的ReO₄^-模拟研究，批量实验结果表明，DCOP对ReO₄^-具有超快的去除动力学(30 s内R> 99%)、高去除容量(708.9 mg/g)、高选择性(在NO₃^-和SO₄^2-超过1000倍时R分别为77.5%和85.5%)、优异的稳定性(在1M HNO₃, 1M NaOH, 240 kGy γ辐射等极端条件下)、良好的可回收性(6次)和高应用潜力(模拟Hanford废液中R为90.7%)。本研究显示了双阳离子共价有机聚合物在提高核废水中⁹⁹TcO₄^-/ReO₄^-去除效率方面的巨大潜力，为设计核废水处理的高性能COP材料提供了新的有价值的策略。相关成果近日以“Dual-cation covalent organic polymers with sufficient adsorption sites for enhancing⁹⁹TcO₄^-/ReO₄^-removal”和“Polymer microspheres functionalized with a trialkylamine containing unequal alkyl chains as an anion exchange resin for efficient removal of ReO₄^-as a surrogate for⁹⁹TcO₄^-”为题分别发表于国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》和《Journal of Environmental Chemical Engineering》。这是自今年2月该课题组以“Synthesis and performance of guanidinium-based cationic organic polymer for the efficient removal of TcO₄^-/ReO₄^-”为题发表在国际知名期刊《Journal of Hazardous Materials》上以来，又一次取得的系列重要进展。

核科学技术学院辐射防护课题组博士生唐辉平和康雨佳分别为两篇文章的第一作者，陈志副教授为通讯作者。陈志副教授课题组长期从事放射性废水的高度减容和深度净化处理技术的研究工作，实验室建设有完善的材料合成和核素分析平台，分析精度达到国际领先水平。研究团队近期十分关注核医学科产生的含¹³¹I和⁹⁹Tc放射性废水的处理问题。

该项工作得到了学校理化试验中心和辐照中心的大力支持。