釜山国立大学研究人员开发出新型吸附剂

与化石燃料相比，核电通常被认为是一种更清洁的发电方式。它不会释放空气污染物和二氧化碳等温室气体作为副产品。然而，它会产生放射性有毒废物，需要适当处理以防止不利的环境和健康状况。

用于发电的核裂变过程的主要副产品之一是137 Cs(铯的同位素)，这是一种半衰期为 30 年的放射性元素，通常通过以下方式从核电站 (NPP) 废水中去除：使用离子交换剂进行选择性吸附。然而，这一过程在酸性废水中受到严重阻碍，其中过量的质子(H +)会损害吸附能力并破坏吸附剂的晶格结构。

最近，由韩国釜山国立大学 Kuk Cho 教授领导的一组研究人员找到了一种将这种逆境转化为优势的方法。他们的突破性工作于 2023 年5月16 日在线发布，并将于 2023 年 8 月 5 日发表在《危险材料杂志》第 455 卷上，他们提出了硫锡酸钾钙 (KCaSnS)，这是一种新型层状钙 (Ca 2+ )-掺杂硫族化物离子交换剂。它利用酸性废水中典型的有问题的 H +离子来增强铯离子 (Cs + ) 吸附过程。本质上，KCaSnS 中的 Ca 2+离子被 H +和 Cs +浸出，为 Cs +让路。

通过一种变革性的方法，通过将 Ca 2+掺入Sn – S 基质中，将麻烦的质子转化为功能剂，从而形成亚稳态结构。此外，Ca 2+是比Cs +更硬的路易斯酸，因此在酸性条件下其与路易斯软碱S 2-的亲和力较弱，因此可以容易地离开晶格。这为 Cs +从晶格结构释放后的驻留提供了足够大的空间，”Cho 教授在谈到 KCaSnS 作用的机制时解释道。

在研究中，团队利用水热法合成了新型KCaSnS离子交换材料，然后用于研究非放射性同位素Cs +(以避免放射性暴露)在不同pH值溶液中的吸附情况从 1 到 13。

研究小组发现，在pH 5.5(中性条件)下，Cs +吸附容量为370 mg/g，而在pH 2(强酸性)下，容量增加了68%，达到620 mg/g。值得注意的是，这种趋势与之前的研究结果完全相反。

研究人员将这一观察结果归因于这样一个事实：在中性条件下，Ca 2+仅从夹层中浸出，夹层中的Cs +约占可被 S 2-离子吸附的总点的 20%。 Sn – S 矩阵。相反，在高酸性条件下，几乎100%的Ca 2+离子从层间和主链结构中浸出，从而允许晶格内有更多的Cs +离子。此外，在所有情况下，层间 K +都参与离子交换。

这些结果表明 KCaSnS 是去除核电厂废水中放射性离子的有前途的候选材料。从这项研究中获得的见解可以为开发用于高酸性环境的高性能吸附剂开辟新途径。Cho 教授满怀希望地总结道：“ KCaSnS 令人印象深刻的吸附能力可以为减少核电站乏燃料后处理和退役过程中产生的放射性废物量提供实用的解决方案，从而有助于缓解与管理放射性废物相关的挑战。”

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