重金属离子和放射性核素在环境中的化学行为研究

重金属和放射性污染及其对环境和人类健康的威胁，关系到我国经济健康发展的重要问题。重金属和放射性污染因其不可降解、生物累积性等特点，从而无法对其实现彻底治理。当前，重金属和放射性污染尚未得到有效根治，主要存在以下亟待解决的问题：1）能否准确分析和评价重金属离子和放射性核素的环境污染，实现对重金属离子和放射性核素的固定和污染评价；2）能否实现对重金属离子和放射性核素的高效选择性去除，发展污染治理的新方法、新技术和新原理。

等离子物理研究所王祥科研究小组利用液体闪烁计数仪和原子吸收光谱仪，开展重金属离子和放射性核素在环境中的化学行为研究，系统的研究了不同环境条件下重金属离子和放射性核素在矿物－水界面的微观结构和化学形态，并进一步结合矿物立体结构知识进行理论化学计算，在分子水平上阐明了重金属离子和放射性核素与环境介质相互作用机理与微观结构和化学形态的关系和规律；提出了重金属离子和放射性核素在环境介质上的吸附由“不可逆”和“可逆”（“强”和“弱”结合位）的组成假设，并提出了解吸动力学模型对重金属离子和放射性核素的解吸动力学实验数据进行理论模型计算，给出了重金属离子和放射性核素在环境介质上不同作用位点上的分布与环境条件的关系和相互作用机理与规律。对不同平衡时间（⁶³Ni(II)的研究）和不同有机物/放射性元素的添加顺序（^152-154Eu(III)的研究）对放射性元素在环境介质上的化学形态和微观结构的影响，分析放射性元素的化学行为。通过结构化学和EXAFS分析，发现了有机物在放射性元素和环境介质之间起到“桥梁”的作用，其存在缩短了放射性元素与环境介质的作用平衡时间，结合实验数据，理论计算和模拟了纳米材料与污染物的作用机理。研究了金属离子和有机质在固液界面的吸附相互影响。2009和2011年发表在Environmental Science & Technology（2009,43,2362-2367；2011,45,7718-7726）上.关于放射性元素Eu和Ni在环境介质上微观结构和化学形态的两篇文章，被美国化学会选为图片新闻研究亮点，在其官方网站上进行了报道。在已取得的研究成果中，共发表SCI论文20篇，IF>3的论文10篇，在环境科学领域顶级期刊Environmental Science & Technology,材料领域顶级期刊Advanced. Materials(2011,23,3959-3961), 地学领域顶级刊物Geochimica et Cosmochimica Acta(2011,75,6520-6534)等杂志上发表多篇论文。有2篇论文分别被评为2010和2012年中国最具影响百篇国际学术论文。

           图1.纤维素修饰碳纳米管对放射性元素U(VI)高效富集  图2.不同条件下放射性元素Ni(II)与氧化铝的相互作用机理图