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西北生态环境资源研究院在云母矿物风化和吸附协同调控放射性铯的环境行为研究取得新进展

  •   在切诺贝利和福岛核事故后,放射性铯(RCs)的地球化学行为引起了全球科学家的关注。由于RCs的半衰期长、放射毒性强、极易在食物链中传递和积累,环境系统中RCs的迁移、转化和循环等地球化学过程是放射性污染防控、核环境安全和核应急等领域重点关注的科学问题之一。云母类矿物是控制RCs环境地球化学行为的关键因素之一,RCs在云母类矿物表面的吸附过程和微观机制已经较为清楚。但是,云母类矿物风化过程如何调控RCs的环境行为,RCs的吸附过程如何影响云母类矿物结构以及如何响应云母风化过程等问题尚不清楚。这些问题对环境系统中RCs的时空演化、迁移转化和环境风险的预测和评估造成了挑战。 

      针对上述问题,中国科学院西北生态环境资源研究院(以下简称“西北研究院”)范桥辉研究团队系统研究了云母矿物风化和RCs吸附之间的相互作用过程和机制,模拟了云母矿物和Cs吸附的三种典型反应体系,即(1)云母矿物先风化,后吸附Cs;(2)云母矿物先吸附Cs,后发生风化作用;(3)云母矿物风化和Cs同时发生。重点考察了不同反应体系中云母矿物结构和Cs的吸附形态的变化规律,阐明了云母矿物结构稳定性与Cs吸附的内在关系,揭示了云母矿物风化和Cs吸附的微观作用机制(如图1所示)。研究结果表明:风化作用和Cs吸附的先后次序显著影响Cs的吸附量、微观吸附形态和云母矿物的结构稳定性。相比于新鲜云母矿物,体系(1)中Cs的吸附量有所下降,而体系(2)和(3)中Cs的吸附量显著增大。无论风化和吸附的顺序如何,风化作用可促进云母矿物产生更多的强亲和力位点,提高了Cs在云母矿物表面的强吸附态比例,降低了Cs的迁移和转化能力。Cs在云母矿物层间结构的吸附,可诱导层间结构发生不同程度的塌陷(形成了更加稳定的结构),显著提升了云母矿物的耐风化能力。研究成果进一步完善了RCs在云母类矿物表面的吸附理论,为区域放射性污染治理和防控等提供了理论基础。 

      相关研究成果以 Interactions between micaceous minerals weathering and cesium adsorption 为题发表在环境科学领域权威期刊 Water Research。西北研究院特别研究助理王威博士为论文第一作者,范桥辉研究员为通讯作者。该研究获国家自然科学基金(2187617221906073)、中科院青年创新促进会、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、自然资源部黄河上游战略性矿产资源重点实验室和甘肃省油气资源研究重点实验室共同资助。 

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    责编 :贺静蕾