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  • 物質學院電鏡中心團隊與合作者發現具有高效吸附核廢液中90Sr的新材料

    時間:2019-05-02瀏覽:22設置

    我校物質學院電鏡中心主任Osamu Terasaki教授、訪問研究員Peter OleynikovAlvaro Mayoral、助理教授馬延航與韓國西江大學Kyung Byung Yoon教授合作,在研究新型核廢液中重金屬離子分離吸附劑方面取得重要進展新浪大乐透走势图。該項成果以“Removal of 90Sr from highly Na+-rich liquid nuclear waste with a layered vanadosilicate”為題在《能源和環境科學》(《Energy & Environmental Science》)上在線發表。

    目前核電站提供了全世界大約11%的電量,并有繼續增長的趨勢。然而新浪大乐透走势图,核電站在工作的同時也產生了大量的核廢料,尤其是包含90Sr的液體廢料,達到微量濃度的Sr2+離子進入人體內會引起致命的癌癥新浪大乐透走势图。例如新浪大乐透走势图,美國環保局(EPA)要求飲用水中90Sr的含量不得超過0.057 ppq(千萬億分之一)新浪大乐透走势图。這就意味著幾乎所有的Sr2+必須從回收的核液體廢料中去除。然而新浪大乐透走势图,處理核燃料的高放廢液中Sr的濃度較低,在7萬億分之一到數十億分之一之間。同時新浪大乐透走势图,廢液中往往包含大量的Na離子,一般超過11%,遠遠高出Sr2+的濃度新浪大乐透走势图,目前已有的重金屬離子吸附劑如鈦硅分子篩CST新浪大乐透走势图、金屬硫族化合物、鈮酸鹽和鈦酸鹽等新浪大乐透走势图,在廢液中含有較高濃度的Na+離子或者Sr2+離子含量非常低時新浪大乐透走势图,對Sr2+離子的吸附性能較差新浪大乐透走势图,遠遠不能滿足工業的需求新浪大乐透走势图。目前還沒有一種材料可以在實際的核廢料條件下有效去除Sr2+離子新浪大乐透走势图,因此,開發新的有效吸附材料對于核電站的可持續發展十分重要。

    在該項研究中,韓國西江大學團隊通過硅源和釩源在一定條件下的水解形成凝膠,經過老化和結晶,合成出一種新型層狀鈦硅氧化物(SGU-7)。該材料被證明可以通過離子交換在痕量Sr2+存在的情況下將其捕獲和分離,更為特殊的是,該材料即使在高含量Na+離子的液體中也可以進行新浪大乐透走势图。

    上??萍即髮W電鏡中心團隊通過精確解析這一新材料的晶體結構信息新浪大乐透走势图,詮釋了材料的優異性質新浪大乐透走势图。通過上盒吕舜罄滞缸呤仆??萍即髮W物質學院電鏡中心的雙球差矯正透射電子顯微鏡,Alvaro副研究員確認了材料中包含周期性排列的直孔道,且5個釩原子形成的短鏈在平面內周期性排列新浪大乐透走势图;Oleynikov研究員通過對樣品進行超薄切片處理新浪大乐透走势图,收取完整度較高的三維電子衍射,確定了材料的晶胞和空間群對稱性新浪大乐透走势图,并解析出了晶體的初始結構。結果發現該材料由層狀釩硅酸鹽組成,層板由四配位的硅和六配位的釩組成,Na+的存在平衡了電荷新浪大乐透走势图。同時新浪大乐透走势图,電子衍射數據還表明在離子交換過程中,材料的晶體結構發生了變化新浪大乐透走势图,隨著Na+Sr2+離子取代新浪大乐透走势图新浪大乐透走势图,晶體結構演變。仔細分析發現,這種變化與層間氧原子的位置變化有關,相對于一價Na+離子,二價Sr2+離子與氧的作用力更強,該離子的進入使得層板間氧原子得到重整,結構更加穩定。同時,為了進一步研究材料的晶體結構,離子交換前后的材料在法國ESRF同步輻射光源收取了高質量粉末XRD圖譜,其精修結果給出了更為精確的三維原子結構模型新浪大乐透走势图,同時不同樣品中陽離子的位置也被精確的確定出來,發現了材料中層內和層間的Na+是依次被Sr2+取代的。

    隨著化石能源對環境的影響與人類對能源需求持續增長的矛盾日益加劇,核能的安全利用將會成為解決這一矛盾的關鍵解決方案之一新浪大乐透走势图。我國也已經把先進核能的安全利用提高到了國家戰略高度。在核能安全利用中,核廢料的安全處理是一項關鍵核心技術,本論文所提出的新材料和新理論是這個重要領域的一個新進展。

    該論文第一作者Shuvo J.Datta是西江大學的博士后,物質學院訪問研究員Peter Oleynikov為共同第一作者,物質學院電鏡中心主任Osamu Terasaki教授和西江大學Kyung Byung Yoon教授為共同通訊作者。上??萍即髮W為第二單位。上科大電鏡中心對該項研究給與了大力支持新浪大乐透走势图,物質學院劉志教授對樣品在法國ESRF同步輻射的測試給予了重要幫助新浪大乐透走势图。

    上??萍即髮W物質科學與技術學院電鏡中心始建于2015年,旨在建立一個國際一流水平的電鏡中心,建成之后將成為集教學、科研、服務等功能為一體的國際一流公共科學研究和技術開發平臺。電鏡中心建設之初,上??萍即髮W邀請海外知名電鏡專家Osamu Terasaki教授擔任電鏡中心主任一職,對電鏡中心的建設作了全面的規劃。目前,中心已經部署了一批先進的設備,包括一臺雙球差矯正透射電子顯微鏡和一臺高分辨掃描電子顯微鏡,可實現分辨率達0.6埃的原子級微觀結構成像及分析,可以在原子尺度觀察材料的微觀結構新浪大乐透走势图,同時利用專門的樣品桿可以實現樣品在氣體、液體等環境下的動態觀測新浪大乐透走势图。該平臺的建設將提升上??萍即髮W在尖端物質科學領域的研究水平新浪大乐透走势图,推動學校在材料、化學和物理等領域的發展,為一流科研成果的出現提供重要的支持和保障。

    文章鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c8ee03302a

      

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