环境吸附材料在放射性含铀废水中的研究进展

胡浩鸣

(1.东华理工大学 核资源与环境国家重点实验室，江西 南昌 330013； 2.东华理工大学 水资源与环境工程学院，江西 南昌 330013)

1 引言

近几年核工业发展迅速，铀矿作为核工业的重要原料，需求量不断增加，同时水体中放射性元素铀污染的问题也越来越受到重视[1]。放射性含铀废水主要来源于铀矿冶、提纯、富集、精制加工以及反应堆运行废水、放射性同位素废水、反应堆燃料渗流的废水、大学实验室排放的废水等。此外，杀伤性极强核武器的生产、自然原因或人为原因引起的核电站异常事故、战争贫铀武器的随意滥用也会加剧水体中铀的污染[2-4]。

根据国际原子能机构(IAEA)的标准规定，放射性铀比活度范围为37 Bq/L～3.7×105Bq/L的废水被称为低浓度含铀废水。我国规定废水中铀的排放标准为50 μg/L；北美加拿大铀排放标准为20 μg/L；美国国家环保局(EPA)规定排放废水中铀排放标准为30 μg/L；世界卫生组织(WHO)推荐排放标准为2 μg/L[5]，以上看出我国铀废水排放标准与发达国家和世卫组织标准存在相当大的差距。

水中的放射性核素铀对生态环境和人类健康的危害日益严重，铀兼具辐射危害与化学毒性双重效应，一旦进入人体后可在骨骼、肾脏和肝脏等人体部位进行累积，从而对人类健康造成危害。因此，对含铀废水的高效、环保、资源化处理已成为当务之急。研发新型铀废水处理技术已成为各国的研究热点之一。较成熟的传统铀废水净化技术有化学沉淀、蒸发浓缩、溶剂萃取、植物修复、氧化还原、电化学、引水稀释、膜分离等[6-9]。但这些方式成本较高并容易造成水体二次污染。环境吸附材料具有操作简单、选择性好、稳定、价格低廉、吸附容量高等特点，被普遍用于水体中放射性元素铀的净化。

2 环境吸附材料机理

环境吸附材料去除机理一般包括：范德华力、化学键、静电引力等作用。因此，环境材料吸附剂自身的性质对于吸附剂吸附容量、循环次数、去除率有关键影响。Kremleva[10，11]等研究了蒙脱石表面的吸附原理，借助于量子力学的方法得出脱质子表面吸附与表面络合吸附是该吸附材料的主要吸附机理。

3 环境吸附材料

当前对于环境吸附材料的研究主要集中在粘土矿物、碳材料、微生物等。环境吸附材料具有价格低廉、储量大、易获得等特性，受到学者的重视。

3.1 粘土矿物

常用的粘土矿物包括凹凸棒、膨润土、海泡石、硅藻土等。JIANG[12]等采用腐殖酸与凹凸棒发生反应，制备了改性凹凸棒，并通过化学表征得出，吸附机理为羟基、Si-OH与铀酰离子发生了络合反应。Wang[13]等使用膨润土与HDTMA反应，制备改性膨润土吸附铀，使得膨润土的吸附容量扩大了41.36 mg/g。Kilislioglu等[14]对海泡石进行热处理与酸改性，在相同试验条件下与原海泡石吸附铀进行对比，吸附容量上升至747.3 mg/g。Sprynskyy等[15]同样使用HDTMA对硅藻土进行改性，研究发现当溶液pH=8，材料浓度为2 g/L，净化后的水体几乎检测不到铀的存在。但是存在吸附之后因吸附剂处置不当而造成铀的释放，引发新的环境污染。

3.2 碳材料

碳材料具有较大的吸附容量、比表面积大、稳定、去除率高等优点。Li等[16]使用氧化石墨烯净化含铀废水，投加量0.4 g/L，pH=4.0，净化119 mg/L的铀废水，最终水体中铀浓度几乎降至背景值。Zhang等[17]通过有机物葡萄糖制备球形炭CSs，通过表征发现该材料具有丰富的含氧官能团，对含铀废水具有较高的吸附容量与去除能力。但是改性碳材料的制备成本过高，在实际工程应用受到阻碍。

3.3 微生物吸附材料

微生物吸附具有效率高、成本低、所需外界能量少等诸多优点，在重金属与放射性核素净化领域受到人们越来越多的研究与青睐[18-20]。Xiao F等[21]利用包埋法制备了固化酵母珠微生物吸附剂，通过试验研究得知，该吸附剂具有很强的循环再生能力，对铀的最大吸附容量可达到(163.9±12.2)mg/g。Li等[22]利用偕胺肟与黑曲霉混合进行改性，净化质量浓度低于1mg/L的低浓度含铀废水，试验发现与未改性黑曲霉相比去除率提高了22.02%。但是生物吸附法对于反应条件要求比较严格，溶液处于比较严格的环境，微生物吸附将会受到不同程度的影响与限制。

4 展望

环境吸附材料经过几十年的发展，传统吸附材料已经得到越来越多的改进，新型环境吸附材料取得了较多的新型成果。由于含铀废水的复杂多变，因此，废水的水量、污染物的含量、各种离子的干扰、国家标准等因素是选择吸附材料的重要依据。今后环境吸附材料的研究应关注材料对实际含铀废水的吸附能力、加大力度改进传统吸附材料、吸附材料的处理处置问题等。