科创中国

   由于人口和工业活动的快速增长，全球能源需求显著增加，核能作为替代能源被列入多个国家重点发展计划。我国已制定了中长期加速核能发展战略，在建核电机组连续多年世界第一。然而，核能开发利用产生的放射性废水若不能得到有效处置，将可能造成严重的水体污染。如何从多种离子和有机物共存的复杂水环境中，高效分离去除痕量放射性核素已成为水处理领域亟待解决的重大问题。项目组在国家水体污染控制与治理科技重大专项、国家自然科学基金重点项目等资助下，针对水中放射性核素锶铯铀开展了膜分离和吸附的关键科学问题研究，提出了新方法、新机理，取得了一系列创新性研究成果，为提高我国放射性污染水处理技术的整体水平奠定了科学基础。

1.揭示了超低压反渗透膜分离核素锶铯过程中运行条件及水质参数对净化效能及迁移机理的影响规律，探明了操作压力、系统温度、离子强度、共存离子对核素膜分离的影响机制以及核素在不同相中的迁移机理，明确了操作条件的适用范围及上限，强化了膜技术对低水平放射性核素的去除效果。

2. 阐明了超低压反渗透膜污染对核素锶铯分离的影响机制，发现了水中有机物与膜、有机物与无机物相互作用对锶铯分离的影响规律及关键控制因素，揭示了污染物化学结构、荷电性、分子量及亲疏水性与膜理化性质在膜污染组分富集及核素分离过程中的作用机制。

3. 开发了核素铯铀的新型吸附材料，通过原位生长法可控制备针对铯的亚铁氰化铁复合吸附膜材料，基于尺寸筛分效应和表面复合结构显著提高了吸附膜选择性和吸附效率。研发了核素铀的多巴胺改性介孔二氧化硅吸附材料，探明了多巴胺与介孔二氧化硅的相互作用以及聚多巴胺与铀的螯合作用机制，为提高核素吸附性能及吸附效率提供了理论依据。 

4. 提出了累积逆流吸附—微滤耦合去除核素铯铀原理，开发了累积逆流吸附水质预测理论计算模型。阐明了亚铁氰化铜累积逆流吸附除铯机制，优化了吸附剂投加量并降低了放射性废物体积，提高了工艺的去污因数和浓缩倍数。

   该项目研究发展了放射性核素膜分离与吸附过程的作用机制，对构建高效率的放射性污染处理体系，解决处理过程中的关键科学问题，保障水体的放射性安全具有重要意义。代表性研究成果均发表在Water Res.，J. Hazard. Mater和Chem. Eng. J.等水处理领域顶级学术期刊，授权了12项专利，作为研究基础已在含放射性核素的水处理装置集成项目中应用，为研发适用于放射性污染水处理的高效分离技术与装备奠定了理论基础。