自福岛核危机以来，Cs净化工程已经产生了大量受污染的土壤。减少受污染土壤体积的紧迫性已成为加速正在进行的工作的一个严重问题。利用专门设计的水循环设备对污染土壤进行水处理，使土壤体积减小。体积缩小的基本原理是，溶解在水中的放射性铯倾向于强烈吸附在二维(2D)纳米片的表面，这是粘土矿物的基本结构单元。

图1所示。示意图说明了二维纳米片在脱水状态下形成的局部分子结构:(I)两纳米片插入类型，(II)迎面相迎的六边形空腔，(III)六边形空腔，(IV)步骤。Cs吸附发生在(a)纳米片表面，(b)纳米片边缘，(c)楔形部分，(d)迎面而来的六角形空腔中的纳米片表面，以及(e)六角形空腔中的纳米片表面。

污染土壤颗粒越小，其在水溶液中吸附铯的比表面积越大，使其能与大量放射性铯结合。因此，一块受污染的土壤在水溶液中的循环能够分离出含有高剂量放射性铯的部分，这些放射性铯是随粘土矿物聚集在细土壤颗粒周围的。

为了帮助正在进行的去污工作，研究了在广泛的Cs摩尔浓度范围内，以皂土粘土为吸附剂的情况下，Cs在水溶液中的吸附。皂土粘土是一种无机层状材料，在土壤环境中是丰富的矿物质。通过在粘土中插入两纳米片构建的局部结构示意图如图1所示(见(1))。这种局部分子结构包含三种Cs吸附位点:(a)纳米片表面，(b)纳米片边缘和(c)楔形部分。Cs离子被物理吸附在纳米片表面，由于局部成分和结构波动而带负电荷。在纳米片的边缘和楔形部分都发生了大量的粘性Cs吸附，即所谓的特异性Cs吸附。二维纳米片还能够形成其他局部分子结构，其中两侧是六边形空腔，一侧是六边形空腔(见(II)和(III))。在这些局部分子结构中，Cs的物理吸附发生在(d)迎面而来的六方腔和(e)六方腔。此外，二维纳米片可以形成阶梯结构，其表现出纳米片的边缘位点(见(IV))。

图2所示。纳米片表面cs(灰色圆圈)、迎面而至的六边形空腔co(绿色三角形)和纳米片边缘ce(红色正方形)的浓度与溶液中cs的摩尔浓度成函数关系。纳米片表面、迎面而来的六角形空腔和纳米片边缘的粘附性分别在(a)、(b)和(c)中描述。楔形零件的附着力“非常强”。

图2显示了纳米片表面的浓度，c_年代、纳米片边缘;c_e以及迎面而来的六边形空腔，c_o，是溶液浓度的函数，这是由新发展的分析方法揭示的。这里，楔形零件的浓度假设为~ 9×10²更易公斤¹所有含碳样品这三个分子位的浓度都随着溶液Cs摩尔浓度的增加而增加。这表明在高浓度的Cs溶液中，更多的Cs离子吸附在纳米片表面、纳米片边缘和迎面而至的六方腔上。的c_年代值随着溶液浓度的增加迅速增加，直至0.5 M，然后逐渐增加，直至2m M。c_o与纳米片表面相比，溶液Cs摩尔浓度随溶液Cs摩尔浓度增加的速度更慢;c_年代表明Cs在迎面而至的六方空腔中的吸附不如在纳米片表面上的吸附有利。纳米片边缘的浓度c_e随着溶液中Cs的摩尔浓度持续缓慢增加，直至2 M，表明在三个吸附位点中Cs在这里的吸附是最难的。考虑到粘土矿物中放射性铯的净化，纳米片的边缘位置具有重粘性吸附铯的能力，因此具有特殊的意义。目前的结果表明，纳米片的边缘应该作为未来放射性铯去污的局部分子位点。

Kiminori佐藤
东京学艺大学环境科学系，日本东京小金井

出版

无机层状材料中Cs吸附位点的分子研究:溶液浓度的影响。
Sato K, Hunger M
2017年7月19日

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