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與化石燃料相比，核電通常被認為是一種更清潔的發(fā)電方式。它不會釋放空氣污染物和二氧化碳等溫室氣體作為副產(chǎn)品。然而，它會產(chǎn)生放射性有毒廢物，需要適當處理以防止不利的環(huán)境和健康狀況。

用于發(fā)電的核裂變過程的主要副產(chǎn)品之一是137 Cs(銫的同位素)，這是一種半衰期為 30 年的放射性元素，通常通過以下方式從核電站 (NPP) 廢水中去除：使用離子交換劑進行選擇性吸附。然而，這一過程在酸性廢水中受到嚴重阻礙，其中過量的質(zhì)子(H +)會損害吸附能力并破壞吸附劑的晶格結(jié)構(gòu)。

最近，由韓國釜山國立大學(xué) Kuk Cho 教授領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員找到了一種將這種逆境轉(zhuǎn)化為優(yōu)勢的方法。他們的突破性工作于 2023 年5月16 日在線發(fā)布，并將于 2023 年 8 月 5 日發(fā)表在《危險材料雜志》第 455 卷上，他們提出了硫錫酸鉀鈣 (KCaSnS)，這是一種新型層狀鈣 (Ca 2+ )-摻雜硫族化物離子交換劑。它利用酸性廢水中典型的有問題的 H +離子來增強銫離子 (Cs + ) 吸附過程。本質(zhì)上，KCaSnS 中的 Ca 2+離子被 H +和 Cs +浸出，為 Cs +讓路。

通過一種變革性的方法，通過將 Ca 2+摻入Sn – S 基質(zhì)中，將麻煩的質(zhì)子轉(zhuǎn)化為功能劑，從而形成亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。此外，Ca 2+是比Cs +更硬的路易斯酸，因此在酸性條件下其與路易斯軟堿S 2-的親和力較弱，因此可以容易地離開晶格。這為 Cs +從晶格結(jié)構(gòu)釋放后的駐留提供了足夠大的空間，”Cho 教授在談到 KCaSnS 作用的機制時解釋道。

在研究中，團隊利用水熱法合成了新型KCaSnS離子交換材料，然后用于研究非放射性同位素Cs +(以避免放射性暴露)在不同pH值溶液中的吸附情況從 1 到 13。

研究小組發(fā)現(xiàn)，在pH 5.5(中性條件)下，Cs +吸附容量為370 mg/g，而在pH 2(強酸性)下，容量增加了68%，達到620 mg/g。值得注意的是，這種趨勢與之前的研究結(jié)果完全相反。

研究人員將這一觀察結(jié)果歸因于這樣一個事實：在中性條件下，Ca 2+僅從夾層中浸出，夾層中的Cs +約占可被 S 2-離子吸附的總點的 20%。 Sn – S 矩陣。相反，在高酸性條件下，幾乎100%的Ca 2+離子從層間和主鏈結(jié)構(gòu)中浸出，從而允許晶格內(nèi)有更多的Cs +離子。此外，在所有情況下，層間 K +都參與離子交換。

這些結(jié)果表明 KCaSnS 是去除核電廠廢水中放射性離子的有前途的候選材料。從這項研究中獲得的見解可以為開發(fā)用于高酸性環(huán)境的高性能吸附劑開辟新途徑。Cho 教授滿懷希望地總結(jié)道：“ KCaSnS 令人印象深刻的吸附能力可以為減少核電站乏燃料后處理和退役過程中產(chǎn)生的放射性廢物量提供實用的解決方案，從而有助于緩解與管理放射性廢物相關(guān)的挑戰(zhàn)?！?/p>