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北山花岗岩/地下水厂址条件下Fe(II)对Se-79(IV)的还原阻滞作用研究

批准号:
22106057
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
何建刚
依托单位:
学科分类:
放射化学与辐射化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
何建刚

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
Se-79是高放废物地质处置中重点关注的放射性核素之一,主要以溶解度大、迁移性强的Se-79(IV)形式存在。在长时间尺度下,地下水中富含的Fe(II)对Se-79(IV)的还原沉淀作用将是地质处置库阻滞Se-79(IV)迁移最主要的方式,然而具体还原阻滞过程及作用机制尚不清楚。针对这一现状,本项目拟对北山花岗岩/地下水厂址条件下Fe(II)与Se-79(IV)的氧化还原行为进行深入探究,获取反应动力学曲线,建立反应速率与各影响因素之间的关系,并利用EXAFS/XANES、XPS等表征手段,探索反应机理,理清膨润土胶体等重点因素的作用机制。研究结果对于全面了解Se-79(IV)的地球化学行为及明晰深地质处置库对Se-79(IV)迁移的还原阻滞过程及作用机制具有重要的现实意义,也将为我国高放废物地质处置库的安全评价和工程设计提供基础数据支持。
英文摘要
Se-79 is one of the most important radionuclides in the geological disposal of high-level radioactive waste. It mainly exists as Se-79(IV) in the groundwater of disposal repository with high solubility and strong mobility. In the long time scale of geological disposal repository, reduction-precipitation is expected to be the main way to retard the migration of Se-79(IV). The redox behavior of Se-79(IV) and Fe(II)-mineral in disposal repository has always attracted more attention. However, the redox behavior of Fe(II) and Se-79(IV) in groundwater of disposal repository has not been reported, which is critical. On the basis of previous work, this project aims to investigate the redox behavior between Fe(II) and Se-79(IV) in Beishan granite/groundwater system and establish the relationship between the reaction rate and the influence factors. Combining EXAFS/XANES and XPS characterization, it is important to explore the reaction mechanism and make clear the mechanism of key factors such as bentonite colloid. The results have important significance for comprehensively understanding the geochemical behavior of Se-79(IV) and clarifying the reduction retardation process and mechanism of Se-79(IV) by deep geological repository. At the same time, it has important guiding significance to study the behavior of other polyvalent nuclides (such as Tc-99) and also can provide basic data support for safety evaluation and engineering design of geological disposal repository of high-level radioactive waste in China.
79Se4+是一个迁移性非常高的放射性核素,了解并掌握其各种地球化学行为如吸附、迁移、氧化还原等可为深地质处置库建设、安全评价等提供关键的技术指导。The radionuclide 79Se4+ exhibits high migratory potential, understanding its various geochemical behaviors such as adsorption, migration, and redox reactions is crucial for the construction of deep geological repositories (DGRs) and safety assessments. 在该工作中,我们对Se4+的氧化还原行为进行了探究,对关键的因素如pH及花岗岩的影响机制进行了详细的分析. 研究发现H+的存在对Se4+的还原过程有明显的抑制作用:当均相反应体系(无花岗岩)中存在H+(pH < 7)时,Se4+几乎不发生反应,相反当存在OH-(pH>7)时,Se4+易被还原,且随着pH升高,还原速度越快,如when the pH is around 8, within 24 hours, 0.1 mM of Se4+ can be reduced to 10% of its initial concentration. 这就预示着,在处置库条件下(pH ~8), 79Se4+将以还原产物的形式被固定在处置库中。H+对反应的抑制作用在异相反应体系中(有花岗岩)更加有意思。当pH < 7时,由于H+的存在,原则上来说79Se4+不能被还原,然而,当7>pH>5.6(花岗岩的表面零电荷点),此时花岗岩界面处没有H+而存在微量OH-,因此在花岗岩界面处Se4+依然可被还原。另外, 花岗岩对Se4+还存在弱吸附作用,但在长期对液相溶液检测中,我们未发现溶液中Se4+的浓度有上升的趋势,结合XPS分析,以吸附形式存在于花岗岩中的Se4+将会被继续还原。这项研究阐明了还原作用在处置库阻滞Se4+迁移中的重要作用。本研究提供的数据和结论为地质处置库建设、安全性评估提供了重要的理论支持,并为研究其他变价核素提供了指导。
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