中國(guó)科大在深度凈化含99Tc放射性廢水方面取得一系列重要成果

核電廠運(yùn)行、核事故應(yīng)急、乏燃料后處理與核設(shè)施退役、以及醫(yī)用同位素應(yīng)用等過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生大量的對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在威脅的含99Tc放射性廢水，發(fā)展含99Tc放射性廢水高度減容和深度凈化處理技術(shù)至關(guān)重要。

目前，99TcO4-的去除主要存在三大難點(diǎn)：①由于其半衰期長(zhǎng)(2.13×105年)、溶解高性(11.3mol/L, 20℃)、流動(dòng)性強(qiáng)(巖石礦物中低吸附容量)，99TcO4-極易遷移至地下水與周邊環(huán)境。②99TcO4-會(huì)與鈾、钚或鋯形成溶劑化合物，在PUREX流程中鈾钚分離時(shí)，99Tc會(huì)進(jìn)入水相和有機(jī)相，極大增加鈾钚分離難度。③高放廢物高溫玻璃固化時(shí)會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性的99Tc2O7，會(huì)增加放射性氣體的析出，必須使用機(jī)械沉降分離設(shè)備，這會(huì)增加處理的難度和成本。因此，需設(shè)計(jì)有效且高效的99Tc去除方法以解決99TcO4-遷移和泄漏污染的問(wèn)題。

雙陽(yáng)離子共價(jià)有機(jī)聚合物構(gòu)建策略圖

為此，核科學(xué)技術(shù)學(xué)院輻射防護(hù)課題組陳志副教授團(tuán)隊(duì)利用雙陽(yáng)離子策略通過(guò)兩步法成功構(gòu)建了具有高電荷密度和豐富活性位點(diǎn)的雙陽(yáng)離子共價(jià)有機(jī)聚合物（DCOP）材料。光譜表征結(jié)合理論計(jì)算的結(jié)果顯示，DCOP呈現(xiàn)片狀結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)越的多孔性和一定的熱穩(wěn)定性能，這是利于99TcO4-的去除。利用非放射性的ReO4-模擬研究，批量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，DCOP對(duì)ReO4-具有超快的去除動(dòng)力學(xué)(30 s內(nèi)R> 99%)、高去除容量(708.9 mg/g)、高選擇性(在NO3-和SO42-超過(guò)1000倍時(shí)R分別為77.5%和85.5%)、優(yōu)異的穩(wěn)定性(在1M HNO3, 1M NaOH, 240 kGy γ輻射等極端條件下)、良好的可回收性(6次)和高應(yīng)用潛力(模擬Hanford廢液中R為90.7%)。本研究顯示了雙陽(yáng)離子共價(jià)有機(jī)聚合物在提高核廢水中99TcO4-/ReO4-去除效率方面的巨大潛力，為設(shè)計(jì)核廢水處理的高性能COP材料提供了新的有價(jià)值的策略。相關(guān)成果近日以“Dual-cation covalent organic polymers with sufficient adsorption sites for enhancing99TcO4-/ReO4-removal”和“Polymer microspheres functionalized with a trialkylamine containing unequal alkyl chains as an anion exchange resin for efficient removal of ReO4-as a surrogate for99TcO4-”為題分別發(fā)表于國(guó)際知名期刊《Chemical Engineering Journal》和《Journal of Environmental Chemical Engineering》。這是自今年2月該課題組以“Synthesis and performance of guanidinium-based cationic organic polymer for the efficient removal of TcO4-/ReO4-”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Journal of Hazardous Materials》上以來(lái)，又一次取得的系列重要進(jìn)展。