核能的快速發(fā)展和核電的利用產(chǎn)生了大量放射性廢物，部分放射性核素不可避免地排放到環(huán)境中，造成環(huán)境污染并給人類健康帶來重大危害。因此，基于放射性核素污染的威脅，有效地將環(huán)境中放射性核進行分離和富集，對環(huán)境治理、維護生態(tài)穩(wěn)定和公共安全，是一項具有挑戰(zhàn)性且具有深遠意義的工程。基于環(huán)境中放射性核素修復(fù)的納米材料具有良好的可調(diào)控性，通過功能化可以改變其物理化學(xué)特性，其納米尺度所具有的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)更有助于放射性核素污染的修復(fù)。近年來，各種納米材料如納米零價鐵（nZVI）基磁性納米材料、碳納米管、石墨烯基納米材料、二維過渡金屬碳化物/氮化物（MXene）、金屬有機骨架（MOF）和共價有機物框架（COF）因其在放射性廢水污染的防護治理中的有效應(yīng)用而被廣泛探索。本書重點介紹了放射性核素的污染以及上述納米材料在污染的防護與治理領(lǐng)域的應(yīng)用。
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2003.10-2014.07，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，研究員
2014.08-至今，華北電力大學(xué)，教授
任J. Hazard. Mater., Environ. Pollut., Sci. China Chem., J. Mol. Liq., Radiochim. Acta等期刊編委
目錄
第1章 緒論1
1.1 概述1
1.1.1 放射性核素概述1
1.1.2 放射性核素污染修復(fù)技術(shù)概述2
1.1.3 放射性核素污染修復(fù)材料概述4
1.2 放射性核素的物理化學(xué)性質(zhì)6
1.2.1 鑭系元素7
1.2.2 錒系元素9
1.2.3 放射性同位素14
1.3 放射性核素污染修復(fù)技術(shù)15
1.3.1 化學(xué)沉淀技術(shù)15
1.3.2 生物修復(fù)技術(shù)16
1.3.3 光催化技術(shù)17
1.3.4 吸附技術(shù)18
1.3.5 電化學(xué)技術(shù)19
1.3.6 膜分離技術(shù)21
1.3.7 離子交換技術(shù)22
1.4 新型環(huán)境納米材料24
1.4.1 納米零價鐵材料24
1.4.2 金屬有機框架材料25
1.4.3 共價有機框架材料27
1.4.4 二維過渡金屬碳/氮化物材料28
1.4.5 碳基納米材料30
1.5 本章小結(jié)32
參考文獻33
第2章 金屬有機框架材料及其對水體中放射性核素離子的去除50
2.1 概述50
2.2 MOFs及其復(fù)合材料的合成50
2.2.1 UiO系列50
2.2.2 MILs系列51
2.2.3 ZIFs系列53
2.2.4 MOFs基納米材料55
2.3 MOFs材料對放射性核素的去除57
2.3.1 對鈾的去除57
2.3.2 對釷的去除62
2.3.3 對锝（錸）的去除65
2.3.4 對鍶的去除77
2.3.5 對銫的去除80
2.3.6 對硒的去除82
2.4 實際應(yīng)用中需要注意的問題86
2.4.1 穩(wěn)定性86
2.4.2 選擇性94
2.4.3 重復(fù)利用性94
2.5 本章小結(jié)94
參考文獻95
第3章 共價有機框架材料及其對放射性核素的吸附去除104
3.1 概述104
3.2 COFs的合成方法105
3.2.1 溶劑熱合成法105
3.2.2 離子熱合成法105
3.2.3 微波加熱合成法106
3.2.4 機械研磨合成法106
3.2.5 界面合成法107
3.2.6 其他合成方法107
3.3 構(gòu)筑COFs的反應(yīng)類型108
3.4 COFs的分類109
3.4.1 B-OCOFs109
3.4.2 亞胺基COFs111
3.4.3 肼鍵COFs111
3.4.4 偶氮鍵COFs112
3.4.5 烯酮-胺鍵COFs112
3.4.6 酰胺COFs113
3.5 COFs吸附放射性核素的應(yīng)用及性能113
3.5.1 對鈾的吸附113
3.5.2 對碘蒸氣的吸附118
3.5.3 對其他放射性核素的吸附121
3.6 本章小結(jié)122
參考文獻122
第4章 MXene及其對水體中放射性核素離子的去除126
4.1 概述126
4.2 MXene的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)127
4.2.1 MXene的結(jié)構(gòu)127
4.2.2 MXene的性質(zhì)128
4.3 MXene的制備方法131
4.3.1 HF刻蝕法131
4.3.2 原位HF刻蝕法132
4.3.3 熔鹽刻蝕法133
4.3.4 電化學(xué)刻蝕法133
4.3.5 其他方法134
4.4 MXene材料對放射性核素離子的去除134
4.4.1 對U(VI)的去除137
4.4.2 對Th(IV)的去除144
4.4.3 對Eu(III)的去除145
4.4.4 對Cs(I)和Sr(II)的去除145
4.4.5 對Ba(II)的去除147
4.4.6 對Pd(II)的去除148
4.4.7 對Re(VII)/Tc(VII)的去除148
4.4.8 對I的去除149
4.5 本章小結(jié)150
參考文獻151
第5章 nZVI及其復(fù)合材料對廢水中有毒和放射性金屬離子的吸附和還原性去除155
5.1 概述155
5.2 nZVI及其復(fù)合材料的合成與性質(zhì)157
5.2.1 納米零價鐵157
5.2.2 表面改性納米零價鐵158
5.2.3 多孔材料支撐的nZVI159
5.2.4 材料包裹的nZVI160
5.3 重金屬與nZVI基納米材料的相互作用機制160
5.3.1 吸附機理161
5.3.2 還原機理161
5.3.3 氧化機理162
5.3.4 其他特殊的相互作用機制162
5.4 影響nZVI基納米材料性能的因素163
5.4.1 pH163
5.4.2 共存離子164
5.4.3 反應(yīng)時間165
5.4.4 溫度166
5.4.5 天然有機物166
5.5 nZVI及復(fù)合材料在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用167
5.5.1 在放射性核素固定化中的應(yīng)用167
5.5.2 在去除重金屬離子方面的應(yīng)用171
5.6 nZVI基納米材料的行為和毒性177
5.7 本章小結(jié)179
參考文獻179
第6章 碳基納米材料與環(huán)境放射化學(xué)190
6.1 概述190
6.2 碳基納米材料的理化性質(zhì)191
6.2.1 活性炭191
6.2.2 石墨烯193
6.2.3 碳納米管196
6.2.4 碳納米纖維198
6.3 碳基納米材料對放射性核素的去除應(yīng)用201
6.3.1 活性炭基納米材料的去除應(yīng)用202
6.3.2 石墨烯基納米材料的去除應(yīng)用206
6.3.3 碳納米管基納米材料的去除應(yīng)用209
6.3.4 碳納米纖維基納米材料的去除應(yīng)用213
6.3.5 其他碳材料吸附劑及應(yīng)用216
6.4 碳基膠體顆粒與核素的相互作用及其環(huán)境行為221
6.4.1 膠體系統(tǒng)的性質(zhì)222
6.4.2 負載核素的碳基材料在環(huán)境中的遷移222
6.5 本章小結(jié)224
參考文獻225
第7章 生物質(zhì)基吸附材料及其對放射性核素的去除238
7.1 概述238
7.2 生物質(zhì)基吸附材料的分類238
7.2.1 微生物材料239
7.2.2 生物質(zhì)廢棄物240
7.2.3 天然生物高分子材料242
7.2.4 生物質(zhì)炭245
7.3 生物質(zhì)基吸附材料的結(jié)構(gòu)與性能調(diào)控策略247
7.3.1 生物生長復(fù)合247
7.3.2 接枝改性249
7.3.3 表面復(fù)合250
7.3.4 空間結(jié)構(gòu)調(diào)控251
7.3.5 炭化253
7.3.6 摻雜改性254
7.4 生物質(zhì)基吸附材料與放射性核素的作用機理255
7.4.1 表面絡(luò)合255
7.4.2 離子交換256
7.4.3 生物還原257
7.4.4 生物礦化257
7.4.5 生物積累258
7.5 影響生物質(zhì)基材料吸附性能的因素259
7.5.1 pH259
7.5.2 干擾離子260
7.5.3 反應(yīng)時間260
7.5.4 溫度261
7.5.5 有機物261
7.5.6 其他影響因素262
7.6 生物質(zhì)基吸附材料對放射性核素的去除262
7.6.1 對鈾的吸附去除262
7.6.2 對銫的吸附去除267
7.6.3 對鍶的吸附去除271
7.6.4 對其他放射性核素的吸附去除274
7.7 本章小結(jié)276
參考文獻276
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