四氧化三铁基纳米材料制备及对放射性元素和重金属离子的去除

四氧化三铁(Fe_3O_4)纳米材料因比表面积大、功能基团多、活性强、便于磁性分离等优点,在吸附和分离放射性元素及重金属离子方面显示出了广阔的应用前景。然而,该材料也存在着易团聚、分散性差、化学稳定性差等局限性,这些缺点可通过表面功能化修饰得到大大改善。本文概括了四氧化三铁基纳米复合材料合成方法的特性、优越性和局限性,综述了水体放射性元素及重金属离子污染去除研究中的磁性纳米材料的类型,归纳总结并比较了功能性磁性纳米材料对不同种类的放射性元素及重金属离子的去除能力及优缺点,探讨了四氧化三铁基纳米材料在放射性元素和重金属离子污染去除中的应用并对其机理进行了分析,对功能化磁性纳米材料在去除放射性元素及重金属离子污染水体治理中的应用前景进行了展望。     

前言:环境放射化学专刊

<正>随着核能的和平利用和核电的快速发展,在核燃料开采、加工以及核能发电和乏燃料后处理过程中,部分放射性核素不可避免地释放到环境中,进而造成环境污染并给人类健康带来重大威胁和危害.深入开展长寿命放射性核素的环境化学行为分析和污染治理,对核电的健康可持续发展具有重要的科学意义.开展放射性核素在环境中的化学形态和微观结构分析,对于分析放射性核素的环境行为具有重要的意义.同     

提高TiO2可见光催化性能的改性方法

TiO₂光催化技术作为一种环境友好的污染治理技术,在废水废气净化、抗菌环保等领域有着广泛的应用前景。阻碍其应用的是它的大禁带宽度(E=3.2eV),不能有效地利用太阳能,因此研究开发可见光响应的TiO₂就成为当前光催化剂研究的关键课题。目前,国内外关于TiO₂光催化剂的改性技术日益完善,且日趋多样化。本文简单回顾了TiO₂光催化的发展历程及其反应机理,概述了提高TiO₂光催化性能的改性技术,主要包括金属离子掺杂、表面贵金属沉积、半导体复合、非金属掺杂以及金属络合物和染料光敏化等方法,可以将只能由紫外光激发的TiO₂光催化反应红移到可见光区域进行。针对各种改性方法列举了国内外应用的具体实例,提出TiO₂的改性是提高光催化反应效率的关键。同时,对TiO₂光催化技术目前存在的问题和发展前景做了简单的总结和展望。     

功能性纳米零价铁的构筑及其对环境放射性核素铀的富集应用研究进展

随着核能的广泛应用和核技术的快速发展,环境中放射性核素铀的污染日益严峻.纳米零价铁（Nanoscale Zero Valent Iron：nZVI）因其具有廉价、制备简便、高表面活性及对铀高效的吸附性能等特性而逐渐成为环境中铀污染处理的良好材料.采用可行的方法制备纳米零价铁复合材料,借助单体材料之间的协同效应可进一步提高材料对铀酰的吸附性能.因此,纳米零价铁复合材料的制备以及应用成为近期环境科学领域的研究热点之一.针对纳米零价铁及其复合材料对环境中铀酰的去除研究进行了概述和展望,包括纳米零价铁及其复合材料的制备方法、去除效果及去除机理,并且简要探讨了纳米零价铁及其复合材料在环境放射性污染治理的应用前景,以期为今后的深入研究和实际应用提供参考依据.     

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

结合静态实验和X射线吸收精细结构光谱（EXAFS）技术研究了接触时问、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：63^Ni（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。63^Ni（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63^Ni（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63^Ni（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63^Ni（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,63^Ni（Ⅱ）与丝光沸石结构框架中的Na^＋／Ca。’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63^Ni（Ⅱ）的微观形态没有明显区别．郇Ni（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63^Ni（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63^Ni（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63^Ni（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63^Ni（Ⅱ）在丝光沸石上的主要吸附机理．放射性核素63^Ni（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．     

金属氧化物材料对放射性核素的去除及机理研究

随着民用核工业的发展,"核污染"日益成为关注的焦点.放射性核素在环境介质上的界面吸附研究有助于人们深入了解放射性核素在环境中的扩散、迁移和转化规律,从而对它们进行有效的处理和管控.金属氧化物材料,具有来源广泛、成本低廉、环境友好、吸附容量大等优点,近年来在放射性核素去除和污染治理方面展现出巨大的潜力.本文主要论述了近五年来常用的金属氧化物材料,如四氧化三铁、双金属氧化物、二氧化钛和氧化铝等对放射性核素的去除行为.通过宏观吸附批试验、表面配位模型、光谱分析和理论计算等方法验证了金属氧化物材料与放射性核素之间的作用机理,并简要探讨了金属氧化物材料在环境放射性污染治理中的应用前景,以期为今后的深入研究和实际应用提供参考依据.     

pH值和离子强度对放射性核素镍在MX-80黏土上的吸附影响和模型研究

利用酸碱滴定、XRD和FTIR对MX-80黏土进行了详细的表征和分析．用静态法研究了离子强度、固相浓度和pH值对放射性核素^63Ni（Ⅱ）在MX-80黏土上的吸附,并用扩散模型（diffuse layer model（DLM））和FITEQL 3．1软件对吸附数据进行模型拟合研究．研究结果表明,放射性核素^63Ni（Ⅱ）在MX-80黏土上的吸附主要受表面络合作用,在低pH条件下离子交换作用也起一定的影响．利用Langmuir和Freundlich模型对吸附等温线进行拟合研究,表明Freundlich模型可以更好的拟合放射性核素^63Ni（Ⅱ）在MX-80黏土的吸附．研究结果对于评估放射性核素^63Ni（Ⅱ）在作为填充材料的MX-80黏土中的吸附和迁移具有重要的意义．     

双酚A敏化Bi5O7I纳米片增强可见光自降解活性

以BiOIO₃为前驱体,通过高温煅烧法制备了一系列铋(Bi)基材料,并系统地研究了不同样品的物相组成、微观形貌、光学性能及光催化活性。实验结果表明,Bi₅O₇I纳米片在可见光(λ>420 nm)照射60 min后,对双酚A(BPA)的降解率可达99.3%,5次循环使用后仍能去除97%的BPA,表现出良好的光催化活性与稳定性。研究表明,BPA可以作为表面配体,与Bi₅O₇I发生表面配位,通过配体-金属电荷转移(LMCT)的光敏化机制作用实现太阳光的高效利用并促进其自降解。     

双酚A敏化Bi5O7I纳米片增强可见光自降解活性

以BiOIO₃为前驱体,通过高温煅烧法制备了一系列铋(Bi)基材料,并系统地研究了不同样品的物相组成、微观形貌、光学性能及光催化活性。实验结果表明,Bi₅O₇I纳米片在可见光(λ>420 nm)照射60 min后,对双酚A(BPA)的降解率可达99.3%,5次循环使用后仍能去除97%的BPA,表现出良好的光催化活性与稳定性。研究表明,BPA可以作为表面配体,与Bi₅O₇I发生表面配位,通过配体-金属电荷转移(LMCT)的光敏化机制作用实现太阳光的高效利用并促进其自降解。     

TiO_2纳米管阵列的制备与稀土掺杂改性研究

在水相中采用阳极氧化法制备了高度有序的TiO2纳米管阵列。探讨了稀土掺杂和染料敏化等因素对TiO2纳米管光电性能的影响,并对样品分别进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外吸收光谱(UV-V is)、荧光光谱(FS)和光电测试等性能测定。实验结果表明,通过稀土(Gd3+,La3+,Y3+)掺杂TiO2纳米管的光电性能都有所提升,其中Y3+掺杂的TiO2纳米管的光电效率和填充因子最高达到0.92%和0.59,Y3+掺杂后染料敏化TiO2纳米管太阳能光阳极的光电转换效率增加了近3.2倍。