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随着放射性同位素技术的广泛应用,放射性废水治理日益受到重视。137Cs是放射性废水中的典型高毒性核素,必须有效分离以确保环境安全。采用离子交换树脂分离水中137Cs是常用的处理方法之一,但处理过程易受竞争离子影响,对137Cs选择性较差。为了提高离子交换树脂对137Cs的选择性,本研究以纳米磷酸锆为无机离子交换剂,以大孔阳离子交换树脂D001为载体,制备了一种新型的磷酸锆基杂化材料,并用于分离模拟放射性废水中的Cs(I),为实际放射性废水中137Cs的高效分离提供理论依据和技术支持。首先,采用直接沉淀法制备了纳米磷酸锆粉体(ZrP),其颗粒尺度在0.2μm~1μm之间,并且存在纳米级的ZrP粉体,颗粒尺度在50 nm左右,ZrP粉体主要为无定形结构,并且具有α-ZrP晶体的结构特点。ZrP对Cs(I)具有较强的选择性,当模拟废水中Ca/Cs(mol/mol)≤128时,Cs(I)去除率仍能达到70%以上,而此时D001对Cs(I)的去除率为0。在初始10 min内,ZrP对Cs(I)的去除量即达到了最大去除量的53.8%;吸附行为符合伪二级动力学模型(R2=0.9343)。温度降低有利于ZrP对Cs(I)的去除,等温吸附过程可用Langmuir模型描述。基于ZrP对Cs(I)表现出的高效去除性能,在常温下采用原位沉淀法制备以D001为载体的纳米磷酸锆基杂化材料ZrP-D001,以解决在实际应用中Zr P粉体难以固液分离的问题。随着ZrP负载量的增加,ZrP由树脂外层向内层孔道扩散,直至均匀分布于整个树脂球的全部孔道。与D001相比,ZrP-D001对Cs(I)表现出更强的选择能力,当Ca/Cs(mol/mol)达到32时,D001对Cs(I)的去除率降为0,而ZrP-D001的去除量仍为23.45%。由XRD和FTIR分析可知,Cs(I)与ZrP-D001上的ZrP特异性结合,生成Cs2Zr(PO4)和CsZr(PO4)2?x H2O。XPS图谱表明,ZrP-D001对Cs(I)的去除存在ZrP与D001的协同作用;当Ca/Cs(mol/mol)由0增加到0.3时,ZrP-Cs:D001-Cs的峰面积由1:3增加到4:1,说明不存在竞争离子时,杂化材料中的D001对Cs(I)去除起主导作用;而当模拟废水中Cs(I)与Ca(II)共存时,ZrP成为Cs(I)主要的离子交换剂。动力学试验结果表明,在初始30min内,ZrP-D001对Cs(I)的去除速率显著高于D001,90min时达到平衡,去除率达到81%;吸附过程符合伪一级动力学模型(R2=0.9901)。同时,由于D001中的磺酸基在微环境下对Cs(I)的富集效应,动力学平衡时ZrP-D001对Cs(I)的去除率达到了81%,比ZrP的最大去除率提高了2.45倍。在pH为4到10的范围内,ZrP-D001对Cs(I)的去除率均大于95%,说明ZrP-D001可适应极宽pH值范围的Cs(I)分离过程。较低的温度有利于Cs(I)的去除。固定床试验结果表明,发生穿透时ZrP-D001的处理水量为D001的10倍,表明了磷酸锆基杂化材料应用于实际废水处理的潜力。