静态法和EXAFS技术研究放射性核素63^Ni(Ⅱ)在丝光沸石上的吸附机理  

Investigation of radionuclide ^(63)Ni(Ⅱ) sequestration mechanisms on mordenite by batch and EXAFS spectroscopy study

作　　者：杨世通 盛国栋[1] 郭志强 谭小丽 徐进章 王祥科[1] 

机构地区：[1]中国科学院等离子体物理研究所新型薄膜太阳能电池重点实验室,合肥230031

出　　处：《中国科学：化学》2012年第6期844-855,共12页SCIENTIA SINICA Chimica

基　　金：国家自然科学基金(20907055,20971126&21077107);国家重点基础研究发展计划(2011CB933700);中国科学院科技创新项目;高放废液处理特别基金(2007-840)的支持

摘　　要：结合静态实验和X射线吸收精细结构光谱(EXAFS)技术研究了接触时间、离子强度、初始浓度以及共存电解质离子等水化学条件对放射性核素63Ni(II)在丝光沸石上的吸附行为和微观机制的影响.宏观实验结果表明:放射性核素63Ni(II)在丝光沸石上的吸附在pH<7的范围内受离子强度影响,而在pH>7的范围内不受离子强度影响.放射性核素63Ni(II)在丝光沸石上的吸附率随着固体浓度的增加而升高,而对应的吸附量却随着固体浓度的增加而降低.溶液中共存的电解质离子对63Ni(II)在丝光沸石上的吸附有一定的促进或抑制作用,具体的影响趋势和程度由共存离子的性质、共存离子与63Ni(II)的络合能力以及与丝光沸石表面的亲和力大小共同决定.EXAFS微观结构分析结果表明:在pH6.5的溶液中,63Ni(II)与丝光沸石结构框架中的Na+/Ca2+等阳离子进行离子交换,形成六水合的外层络合物,不同离子强度下63Ni(II)的微观形态没有明显区别.63Ni(II)在丝光沸石上的吸附随时间的变化呈现两种不同的作用机制:在溶液pH7.2的条件下,吸附初始的快速反应阶段中63Ni(II)的吸附主要以通过形成内层络合物的形式进行;随着接触时间的增长,63Ni(II)在丝光沸石上的吸附机理转变为镍页硅酸盐共沉淀或者氢氧化镍沉淀的形成.初始63Ni(II)浓度为100mg/L的EXAFS图谱分析结果表明表面多聚体的形成是此条件下63Ni(II)在丝光沸石上的主要吸附机理.放射性核素63Ni(II)在丝光沸石/水界面的吸附行为和形态分布对于准确预测其在环境介质中的迁移转化和生物有效性等物理化学行为具有重要的意义.The sorption behavior and microscopic sequestration mechanisms of radionuclide 63Ni（II） on mordenite as a function of aging time, ionic strength, initial 63^Ni（Ⅱ） concentrations, solid content and coexistent electrolyte ions were investigated by the combination of batch and EXAFS techniques. Macroscopic experiment results show that the sorption of 63^Ni（Ⅱ） is dependent on ionic strength at pH〈7, and independent of ionic strength at pH〉7. The sorption percentage of 63^Ni（Ⅱ）on mordenite increases with increasing solid content, while the sorption capacity decreases as solid content increases. The presence of different electrolyte ions can enhance or inhibit the sorption of Ni（Ⅱ） on mordenite in various degrees. EXAFS analysis results of the samples under three different ionic strengths suggest that the retained 63^Ni（Ⅱ） in these samples exists in an octahedral environment with six water ligands. In the initial period of rapid uptake, the sorption of 63^Ni（Ⅱ） is dominated by the formation of inner-sphere surface complexes. As aging time increases, 63^Ni（Ⅱ） sequestration behavior tends to be mainly controlled by the formation of Ni phyllosilicate co-precipitates and/or Ni（OH）2（s）precipitates. Results for the second shell fit of the sample prepared at an initial 63^Ni（Ⅱ） concentration of 100 mg/L indicate the possible formation of Ni polynuclear surface complexes. Both the macroscopic sorption data and the molecular level evidence of 63Ni（lI） surface speciation at the mordenite/water interfaces should be factored into better predictions of the mobility and bioavailability of 63^Ni（Ⅱ） in environment mediums.

关 键 词：丝光沸石 放射性核素63Ni(II) 接触时间 初始浓度 X射线吸收精细结构光谱 

分 类 号：O615[理学—无机化学] O647.31[理学—化学]