一种去除核废水中放射性铯离子的新型吸附剂

与化石燃料相比，核能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温室气体，如二氧化碳作为副产品。然而，它会产生放射性废物，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137Cs(铯的一种同位素)，这是一种半衰期为30年的放射性元素，通常通过以下方法从核电厂(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+)会削弱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的KukCho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。在他们发表在JournalofHazardousMaterials上的突破性工作中，他们展示了硫锡酸钾钙(KCaSnS)，这是一种新型层状钙(Ca2+)掺杂硫族化物离子交换剂。

它利用酸性废水中通常有问题的H+离子来增强铯离子(Cs+)吸附过程。本质上，来自KCaSnS的Ca2+离子被H+和Cs+浸出，为Cs+腾出空间。

“通过一种转化方法，通过将Ca2+结合到Sn-S矩阵中，将麻烦的质子转化为功能剂，从而形成亚稳态结构。此外，Ca2+是比Cs+更硬的路易斯酸，因此可以离开Cs+在酸性条件下与路易斯软碱S2-的亲和力较弱，因此很容易形成晶格。这为Cs+从晶格结构中释放出来后提供了足够大的空间，”Cho教授在谈到潜在机制时解释道KCaSnS的作用。

在该研究中，该团队使用水热法合成了新型KCaSnS离子交换材料，然后将其用于研究Cs+的非放射性同位素(避免放射性暴露)在pH值范围不同的不同溶液中的吸附从1到13。

研究小组发现，在pH5.5(中性条件)下，Cs+吸附容量为370mg/g，而在pH2(强酸性)下，容量增加了68%，达到620mg/g。值得注意的是，这种趋势与之前的研究完全相反。

研究人员将这一观察结果归因于这样一个事实，即在中性条件下，Ca2+仅从夹层中浸出，占Cs+可被S2-离子吸附的总点的20%左右。Sn-S矩阵。

相比之下，在高酸性条件下，近100%的Ca2+离子从夹层和主链结构中浸出，从而使晶格内有更多的Cs+离子。此外，在所有情况下，层间K+都参与了离子交换。

这些结果确立了KCaSnS作为从NPP废水中去除放射性离子的有前途的候选者。从这项研究中获得的见解可以为开发适用于高酸性环境的高性能吸附剂开辟新途径。“KCaSnS令人印象深刻的吸附能力可以通过提供一种实用的解决方案来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，从而有助于缓解与管理放射性废物相关的挑战，”Cho教授说。