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Se是人体必须的微量营养元素,79Se具有放射性,其半衰期长达七万年,一般会随乏燃料后处理过程进入到高水平放射性废物(简称高放废物)中。黄铁矿可以将高价态的亚硒酸根离子SeO32-(Se(Ⅳ))吸附并还原成低价态的Se(0、-Ⅰ、-Ⅱ)沉淀,在阻滞Se的迁移中发挥重要作用。黄铁矿的理论分子式为FeS2,但常含有Co、Ni、Cu和Zn等杂质元素。杂质元素主要通过类质同象置换黄铁矿中的Fe,导致其物理化学性质发生改变。由于天然黄铁矿杂质组分较复杂,难以定量研究某一特定元素对其性质的影响,相反,采用人工合成的黄铁矿可以很好地解决该问题。此外,地下水环境条件复杂,多种环境因素影响Se的化学形态和在黄铁矿-水界面上的吸附/还原作用。因此,本文首先探讨了溶液初始pH、缓冲剂、预平衡时间和离子强度等对Se(Ⅳ)在天然黄铁矿-水界面上的影响。其次,通过人工掺杂杂质元素,探讨杂质元素对Se(Ⅳ)在黄铁矿-水界面上吸附/还原作用的影响,同时,采用多种大型仪器测试手段,对合成产物和反应产物进行分析和表征,主要结论如下:(1)采用人工合成含杂质元素黄铁矿,对合成产物进行表征。XRD证实合成产物为黄铁矿。ICP-AES结果显示,基本上,实际进入黄铁矿晶格替换Fe原子的杂质元素均低于理论值。SEM形貌观察表明,合成黄铁矿主要以纳米颗粒团聚体的形式存在。含Co黄铁矿与纯黄铁矿形貌相似,均为立方双锥体,粒径为800 nm左右;含Ni黄铁矿颗粒粒径仅为50 nm左右,且易团聚成块;含Cu黄铁矿粒径在1-4mm左右,表面粗糙不规则,不同Cu含量对黄铁矿形貌和粒径影响不大;含Zn黄铁矿颗粒粒径在50nm左右,含Zn黄铁矿由小颗粒团聚为粒径1-2mm的球形大颗粒。N2-BET证实,随着杂质元素含量的升高,比表面积增大,其中含Ni黄铁矿比表面积最大(24.67-29.53m2/g)。(2)考察了初始pH、缓冲剂、预平衡时间和离子强度等因素对Se(Ⅳ)在黄铁矿-水界面上吸附/还原作用的影响。结果表明,初始pH升高和预平衡时间增加,可促进黄铁矿吸附Se(Ⅳ)。推测是因为黄铁矿表面生成含Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)氢氧化物沉淀,使表面正电荷量增加,有利于吸附Se(Ⅳ)。pH=4.5时,CH3COOH-CH3COONa对反应起抑制作用,NaH2PO4-Na2HPO4对反应起促进作用,反应24h后,NaH2PO4-Na2HPO4、无添加缓冲剂和CH3COOH-CH3COONa缓冲体系中,黄铁矿分别吸附90%、25.6%和17.2%的Se(Ⅳ);在p H=6.0时,两种缓冲剂均可在一定程度上促进黄铁矿对Se(Ⅳ)的吸附作用。离子强度越高,黄铁矿吸附Se(Ⅳ)越慢。XPS和XANES结果显示黄铁矿去除Se(Ⅳ)的步骤是先将Se(Ⅳ)吸附于表面,再还原;Se(Ⅳ)的还原产物主要是Se(0),而不是热力学上更稳定的FeSe和FeSe2。(3)利用人工合成掺杂杂质元素黄铁矿,探明了杂质组分对Se(Ⅳ)在黄铁矿-水界面上吸附/还原作用的影响。结果表明,pH=4.5和6.0时,Co含量为2.4%和4.7%Co时抑制黄铁矿吸附Se(Ⅳ),而Co含量为13.4%Co时促进黄铁矿吸附Se(Ⅳ),在初始pH=6.0时,随着Co掺杂量的升高,Se(Ⅳ)的去除量升高;Ni的掺杂可促进黄铁矿吸附Se(Ⅳ),在初始pH=4.5时,反应24h后,含Ni黄铁矿接近100%的将Se(Ⅳ)吸附,而纯黄铁矿只有43.3%的Se(Ⅳ)被吸附;当Cu含量为3.6%和6.9%时抑制黄铁矿吸附Se(Ⅳ),而Cu含量为2.3%时促进黄铁矿吸附Se(Ⅳ);当Zn含量为1.0%和10.4%时促进黄铁矿吸附Se(Ⅳ),而Zn含量为2.6%时抑制黄铁矿吸附Se(Ⅳ)。初始pH越低,含杂质黄铁矿对Se(Ⅳ)的去除越快,特别是含2.4%Co黄铁矿最为典型。反应14天后,在初始pH为4.5和6.0条件下,含2.4%Co黄铁矿分别吸附了99.6%和48.5%的Se(Ⅳ)。XANES结果显示,含Co和含Ni黄铁矿还原能力均较出色,反应14天后,黄铁矿已全部将溶液中Se(Ⅳ)吸附并还原为Se(0)。含3.6%Cu的黄铁矿吸附能力比含2.3%Cu的弱,但前者还原能力比后者强;含1.0%Zn的黄铁矿还原能力比掺杂2.6%Zn黄铁矿强;人工合成黄铁矿的吸附能力和还原能力优于天然黄铁矿。