| 三水铝石/LDH存在下膨润土的迁移及侵蚀特性研究 | |
| 张震 | |
| Subtype | 博士 |
| Thesis Advisor | 郭治军 |
| 2021-12-01 | |
| Degree Grantor | 兰州大学 |
| Place of Conferral | 兰州 |
| Degree Name | 理学博士 |
| Degree Discipline | 放射化学 |
| Keyword | 膨润土 三水铝石 Mg-Al LDH Fe(II)-Al LDH 胶体 迁移 吸附 侵蚀 |
| Abstract | 如何处置核电产生的大量高水平放射性废物（HLW）已经成为制约我国核能可持续发展的瓶颈问题之一。我国对高放废物将采用基于多重屏障原则的深地质处置。普遍采用的高放废物处置库缓冲回填材料膨润土，会在地下水的侵蚀作用下生成可自由移动的胶体颗粒。这不仅会造成缓冲材料的损失，破坏处置库工程屏障，同时还将改变放射性核素的迁移行为。然而，目前尚未提出改善膨润土抗冲蚀性的有效方法。 本文系统测定了膨润土胶体、U(VI)和正电性无机胶体在北山花岗岩介质中的共运移行为，通过研究膨润土胶体与不同无机胶体的相互作用及其机理，提出了利用静电相互作用来改善压实膨润土抗冲蚀性的新思路与新方法。研究结果为制备抗冲蚀性优良的处置库缓冲回填材料提供了重要借鉴，并为我国高放废物的处置安全评估提供了基础数据和模型。具体研究内容及结论如下： （1）制备了高庙子膨润土胶体，系统测定了胶体的稳定性，并研究了U(VI)和膨润土胶体在北山花岗岩颗粒柱中的运移行为。结果表明：膨润土胶体能够结合部分U(VI)，从而促进U(VI)的运移；离子强度的增加或pH值的减小降低了膨润土胶体稳定性，却也抑制了U(VI)与胶体的结合作用，因此对U(VI)运移的影响不明显；流速的增加显著促进了膨润土胶体和U(VI)的运移；膨润土胶体的单独和共运移可通过一个双动力学位点滞留模型进行量化描述。 （2）系统研究了环境中常见的三水铝石胶体对膨润土胶体和U(VI)在饱和花岗岩颗粒柱中运移的影响。结果表明：三水铝石胶体的存在抑制了膨润土胶体的运移；三水铝石与膨润土的混合胶体对U(VI)运移的影响与两种胶体的比例密切相关，当三水铝石的量增加到一定程度时，U(VI)的运移才会被抑制；三水铝石胶体对膨润土胶体的抑制源自二者间的静电吸引作用，添加正电性材料可能会有效抑制膨润土胶体生成和迁移。 （3）合成了Mg-Al层状双金属氢氧化物（Mg-Al LDH）及其胶体，并系统研究了U(VI)、Mg-Al LDH胶体和膨润土胶体在北山花岗岩颗粒中的运移行为。结果表明：Mg-Al LDH胶体能够促进U(VI)的运移，促进作用随胶体浓度的增大而增强；离子强度或pH增大降低了Mg-Al LDH胶体的稳定性，从而抑制了它和U(VI)在花岗岩颗粒柱中的运移；流速增大促进了Mg-Al LDH胶体和U(VI)在花岗岩颗粒中的运移；适量LDH胶体的加入可以抑制膨润土胶体的单独运移以及膨润土胶体和U(VI)的共运移，证实LDH可能是一种能增强膨润土抗冲蚀性的添加剂。 （4）采用逐滴滴加的方法研究了Mg-Al LDH与膨润土的相互作用，结合X射线衍射（XRD）、高分辨透射电镜（HR-TEM）及密度泛函理论（DFT）计算表征了LDH与膨润土生成的复合物（BEN@LDH），并比较研究了BEN@LDH与单一膨润土的抗冲蚀性和吸附性能。结果表明：Mg-Al LDH与蒙脱石间不仅存在强静电集聚作用，并且二者还通过结构调整生成了插层结构的复合物；BEN@LDH比单一膨润土具有更强的抗冲蚀性；在近中性/弱碱性条件下，BEN@LDH对U(VI)和Se(IV)的吸附性能明显强于单一膨润土。 （5）在无氧条件下合成了Fe(II)-Al LDH和Fe(II)-Al LDH与膨润土的复合物，并系统比较了Fe(II)-Al LDH、复合物和膨润土的吸附性能、吸附机理和抗冲蚀性。结果表明：U(VI)在Fe(II)-Al LDH上的吸附作用强；U(VI)在Fe(II)-Al LDH上的吸附主要是内层表面配位主导的吸附作用，U(VI)的还原沉淀起辅助作用；加入少量Fe(II)-Al LDH（<5%）没有明显影响膨润土对U(VI)的吸附性能，但显著提高了膨润土的抗冲蚀性能。 关键词：膨润土，三水铝石，Mg-Al LDH，Fe(II)-Al LDH，胶体，迁移，吸附，侵蚀 |
| Pages | 98 |
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| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | https://ir.lzu.edu.cn/handle/262010/493215 |
| Collection | 核科学与技术学院 |
| Affiliation | 核科学与技术学院 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 张震. 三水铝石/LDH存在下膨润土的迁移及侵蚀特性研究[D]. 兰州. 兰州大学,2021. |
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