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Se(IV)和Se(VI)在北山花岗岩表面的吸附行为

3、环境科学 > 专题7：关键核素与重金属的环境微界面过程及效应

79Se是裂变产物中以阴离子存在的关键核素之一，迁移能力强和生态毒性高的特性使得其成为在高放废物处置库设计和建造中需重点关注的核素之一。目前，多项研究结果表明硒在水溶液中的种态容易受到如Fe(III)、Ca(II)等元素存在的影响，如二者产生共沉淀或络合物，从而使硒元素更容易以沉淀的形式被吸附在矿物表面。因此，开展复杂环境条件下硒在北山花岗岩表面的吸附研究可对评估硒在高放废物处置库中的迁移和扩散提供重要理论基础。
本文利用静态批式实验和光谱学表征手段相结合的方法，系统研究了不同环境条件下SeO32-和SeO42-在花岗岩-水界面上的吸附行为。结果表明：在pH3-10的范围内，SeO32-与SeO42-在北山花岗岩表面的吸附均可达到30%左右，且均在pH~6.0达到最大吸附容量。其中，SeO32-在花岗岩表面的吸附受离子强度影响较小，可能是由于其在花岗岩表面形成内层络合物。较高浓度的胡敏酸（HA）和Eu(III)对SeO32-在花岗岩表面的吸附有所促进，这主要是因为HA可与Se(IV)以氢键结合形成络合物，而Eu(III)可与Se(IV)形成Eu2(SeO3)3沉淀而被吸附在花岗岩表面。对于SeO42-而言，离子强度对其在花岗岩表面的吸附影响较大，故推测Se(VI)在花岗岩表面仅存在离子交换和外层络合作用。HA的存在抑制了SeO42-在北山花岗岩表面的吸附，这主要是因为HA可能增加了花岗岩表面的负电荷密度。在低pH范围内，Eu(III)的存在抑制了SeO42-的吸附，而高pH范围则促进了SeO42-的吸附，这主要是因为高pH范围Eu(III)发生沉淀，进而在一定程度上促进了SeO42-的吸附。
傅里叶变换衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）表明，加入不同浓度的HA及Eu(III)后，Se(IV)溶液的特征峰出现红移，且谱图分别在721 cm-1及903 cm-1出现新的振动峰，证实了体系中共存的HA及Eu(III)与Se(IV)均存在络合或沉淀作用；而对于Se(VI)溶液而言，谱图在Se(VI)特征峰范围内并未产生变化，证明HA和Eu(III)对Se(VI)的种态并未产生影响，Zeta电位结果也证实这一推测。
X射线光电子能谱（XPS）证实Se(IV)在花岗岩表面的吸附作用由Fe(II)及Fe(III)主导，且主导矿物为黑云母；而Se(VI)为离子交换与外层络合作用。本文研究了不同环境条件下Se(IV)与Se(VI)在花岗岩-水界面的吸附机制，阐明了环境因素对其吸附影响的机制，为我国高放地质处置库的性能和安全评价提供基础数据和技术指导。