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我校雷洁红教授在NiTi-LDH对放射性碘的捕获研究方面取得重要进展

作者: 日期:2019-07-17 浏览量:

近日,国际著名期刊《ChemicalEngineeringJournal》(环境工程类TOP期刊,JCR一区,2019年影响因子8.355)发表了我校物理与空间科学学院雷洁红教授课题组题为“Efficient Capture of Iodine by a Polysulfide-inserted Inorganic NiTi-Layered Double Hydroxides”(基于多硫化物插层的无机NiTi层状双氢氧化物对碘的有效捕获)的研究论文。该文第一完成单位为西华师范大学,第一作者为雷洁红教授指导的硕士研究生林光会,雷洁红教授为通讯作者,西南科技大学为第二完成单位。

放射性碘(129I和131I)是一类危险裂变产物,其中129I的半衰期很长(~107年),具有长期的潜在放射性危害;虽然131I的半衰期很短(~8天),但其比活性很高。所以它们对环境的危害极大,容易导致人体代谢紊乱,精神发育迟滞,甲状腺癌增加等,因此必须安全捕获和储存。切尔诺贝利核事故和福岛核事故表明放射性碘的主要存在形式是气态。气态I2因其半衰期长,挥发性高,在水中有着极强的扩散能力,是较难处理的污染物。因此,实现吸附性能优异、成本低廉、制备方法简单及应用广泛是开发用于放射性碘处理的有效吸附材料的主要挑战。层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides,简称LDHs ),由于其独特的物理化学性质使其在催化、吸附等领域被广泛研究。

物理与空间科学学院雷洁红教授课题组创新性地将软路易斯碱Sx2-和软路易斯酸I2之间的强相互作用,应用到放射性I2的捕获,取得了突破性的进展。

本工作用共沉淀法和离子交换法成功合成了多硫化物插层的层状双金属氢氧化物NiTi-Sx-LDH,通过系统的吸附实验探究了NiTi-Sx-LDH对I2129I的非放模拟物)的分离性能及机理研究。

图1、NiTi-Sx-LDH合成的流程图及碘吸附原理示意图

本工作首先采用共沉淀法合成碳酸根插层的NiTi-CO3-LDH,再通过离子交换法交换层间阴离子得到结晶性良好的目标产物NiTi-Sx-LDH。NiTi-Sx-LDH根据层间丰富的软路易斯碱Sx2-和软路易斯酸I2之间的亲和力和Sx2-的还原性将I2还原为I3-,同时其被氧化为SO42-从而进行碘的吸附和固定。与MgAl-LDH相比,NiTi-LDH层中以Ti4+/Ti3+和Ni3+/Ni2+为中心的阳离子层正电荷密度更高,在碘被还原为碘离子后,由于强静电作用可以很好的固定在阳离子层中。分别研究了NiTi-Sx-LDH对碘蒸气和有机溶剂环己烷中单质碘的吸附。吸附实验结果表明:NiTi-Sx-LDH对碘蒸气的吸附容量为52%(wt%),对环己烷中单质碘的吸附容量为527.4 mg/g,远高于绝大部分文献已报道的纯无机材料。尤为重要的是该材料具有制备工艺简单,环境友好,成本低廉等一系列优点,该项研究成果对放射性碘捕获的大规模工业应用具有极其重大的指导意义。

图2、NiTi-Sx-LDH对I2的吸附实验结果及吸附前后的XRD和XPS表征

感谢西南科技大学段涛教授课题组提供的紫外分光光度计(UV-VIS),朱琳教授课题组提供的电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)。

该项研究得到了国家科技重大专项(编号:*****),国家自然科学基金(编号:11805157),西华师范大学科研创新团队(CXTD2016-2)的支持。

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