張偉華，馬 賓，何建剛，彭道鋒，王祥云，劉春立,*

1.北京分子科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室，放射化學(xué)與輻射化學(xué)重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，北京大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京 100871;2.東華理工大學(xué) 化學(xué)生物與材料科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330013

125I在壓實(shí)北山花崗巖粉中毛細(xì)管內(nèi)擴(kuò)散

張偉華1，馬 賓1，何建剛1，彭道鋒2，王祥云1，劉春立1,*

1.北京分子科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室，放射化學(xué)與輻射化學(xué)重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，北京大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京 100871;
2.東華理工大學(xué) 化學(xué)生物與材料科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330013

為了解129I在我國深地質(zhì)處置庫重點(diǎn)研究區(qū)圍巖中的遷移行為，為選址預(yù)評價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用批式吸附實(shí)驗(yàn)法和改進(jìn)的毛細(xì)管內(nèi)擴(kuò)散法研究了碘離子在北山花崗巖粉中的吸附和擴(kuò)散行為，分析了不同控制條件對碘離子的表觀擴(kuò)散系數(shù)(Da)的影響。結(jié)果表明：在固液比為20 g/L，碘離子在北山花崗巖粉上的吸附幾乎可以忽略；擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)中125I-的Da值為8.2×10-11～1.4×10-9m2/s，表明碘離子在壓實(shí)北山花崗巖巖粉中的擴(kuò)散速率很快；125I-的Da值隨擴(kuò)散溫度的升高而變大，隨擴(kuò)散源液離子強(qiáng)度的增加而變大，隨同位素載體濃度的升高而變大，125I-的擴(kuò)散速率隨溶液pH值的上升整體有減小的趨勢。

擴(kuò)散；北山花崗巖；129I；毛細(xì)管內(nèi)擴(kuò)散法

我國核工業(yè)尤其是核電及核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生了一定量的放射性廢物，其中高放廢物(high-level radioactive waste，HLW)因含有半衰期長、毒性大、釋熱量大的核素而成為廢物處置中的挑戰(zhàn)之一[1]。目前，深地質(zhì)處置是被廣泛接受、最為可行的高放廢物處置方式。129I是一種長半衰期(T1/2=1.57×107a)吸附能力弱的放射性核素。截至2005年，因世界核工業(yè)產(chǎn)生的129I已達(dá)約68 000 kg，且絕大多數(shù)129I存在于乏燃料中，被認(rèn)為是高放廢物中的重要核素之一[1]。

本工作擬采用毛細(xì)管內(nèi)擴(kuò)散法研究擴(kuò)散源液的離子強(qiáng)度、溫度、pH值和同位素載體濃度等因素對核素?cái)U(kuò)散的影響，并探索其擴(kuò)散機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

所用北山花崗巖為采自甘肅北山BS03號鉆孔的花崗巖碎巖，鉆孔深度為305～510 m。將其反復(fù)研磨成粉并過篩，最終得到粒徑小于74 μm的顆粒，用于毛細(xì)管內(nèi)擴(kuò)散法實(shí)驗(yàn)研究和北山花崗巖粉理化性質(zhì)的表征。B.E.T.氮?dú)馕椒椒y其比表面積為2.11 m2/g，孔隙體積為5.77×10-3cm3/g，孔徑為9.29 nm。實(shí)驗(yàn)所用北山地下水取自于甘肅北山BS03號鉆孔，鉆孔深度為550 m，pH=8.03，離子強(qiáng)度為0.025 mol/L，利用離子色譜儀測得的陰陽離子組分列于表1。無載體放射性示蹤劑125I(129I的替代物)由成都中核高通同位素股份有限公司生產(chǎn)。NaClO4、NaI、HClO4和NaOH等化學(xué)試劑均為市售分析純。實(shí)驗(yàn)配置溶液均采用超純水(18 MΩ·cm)。

表1 用于毛細(xì)管實(shí)驗(yàn)的北山地下水的成分Table 1 Composition of Beishan groundwater used in capillary experiments

Mettler Toledo FE20K型酸度計(jì)，電極為LE438，Mettler Toledo公司；Toledo FE30型電導(dǎo)率儀，電極為LE740，Mettler Toledo公司；DIONEX ICS 3000型離子色譜(IC)，DIONEX公司；JEOL JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡(SEM)，JEOL公司；Bruker D8 ADVANCE型X射線粉末衍射儀(XRD)，Bruker公司；Kratos AXIS Ultra型X射線光電子能譜(XPS)，Kratos公司；Bruker S4-Explorer 型X射線熒光光譜(XRF)，Bruker公司；Perkin Elmer 2470型自動(dòng)γ計(jì)數(shù)器，Perkin Elmer公司；PEEK毛細(xì)管，IDEX Health & Science公司。

1.2 毛細(xì)管內(nèi)擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)

選用PEEK管(內(nèi)外徑分別為1.016、1.588 mm)作為本實(shí)驗(yàn)所用毛細(xì)管，將其定長切割成24 mm用于擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)。毛細(xì)管重力裝填裝置的實(shí)物照片示于圖1。利用圖1所示的毛細(xì)管重力裝填裝置將花崗巖粉裝入毛細(xì)管中。此裝置通過金屬撞針自由下落原理實(shí)現(xiàn)對毛細(xì)管內(nèi)巖粉的壓實(shí)作用，其中內(nèi)徑為10 mm的玻璃管為具有一定質(zhì)量的金屬撞針提供下落軌道和下落高度，通過控制金屬撞針的下落高度、下落次數(shù)以及每次裝填進(jìn)毛細(xì)管的巖粉質(zhì)量，可以精確控制整根巖粉柱的干壓實(shí)密度。

圖中自左向右分別是置于表面皿中的巖粉、金屬撞針、玻璃管和24 mm定長毛細(xì)管(From the left to the right, the granite powder in the watch glass, metal needle, glass tube and 24 mm PEEK tube, respectively)圖1 毛細(xì)管重力裝填裝置的實(shí)物照片F(xiàn)ig.1 Photos of capillary gravity loading assembly

所有擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)均采用雙平行樣品。擴(kuò)散過程由恒溫培養(yǎng)箱和水浴鍋控制溫度。利用毛細(xì)管重力裝填裝置向毛細(xì)管中裝入烘干后的北山花崗巖巖粉，利用稱重法控制其干壓實(shí)密度為(1 800±20) kg/m3。將同一組的兩根毛細(xì)管放入一個(gè)2 mL具螺旋蓋樣品瓶中，向其中加入2.0 mL飽和平衡溶液進(jìn)行吸水飽和平衡。平衡溶液為具有一定離子強(qiáng)度(以NaClO4溶液調(diào)節(jié))和pH值(以HClO4和NaOH溶液調(diào)節(jié))的北山地下水溶液，平衡5 d。將飽和的毛細(xì)管的一端封口并置于2.0 mL擴(kuò)散源液中擴(kuò)散。擴(kuò)散源液為具有設(shè)定離子強(qiáng)度、pH值、溫度以及NaI載體濃度的北山地下水混合溶液，其中加入一定量的Na125I溶液作為示蹤劑。125I-的擴(kuò)散時(shí)間一般為1～2 d。擴(kuò)散結(jié)束后將毛細(xì)管取出，使用2 mm定長切割裝置將毛細(xì)管切割為12片2 mm長的片段，并放入塑料試管中，直接用自動(dòng)γ計(jì)數(shù)器測試。利用CAPILL程序[2]對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得出表觀擴(kuò)散系數(shù)Da和近端界面濃度c0值。

1.3 毛細(xì)管內(nèi)擴(kuò)散的理論計(jì)算

北山花崗巖巖粉的粒徑在幾十微米以內(nèi)，在本工作所研究的壓實(shí)密度(≈1 800 kg/m3)下可看做均勻的孔隙介質(zhì)，物質(zhì)在其中的擴(kuò)散過程可用單一的參數(shù)進(jìn)行描述。在一維體系中，該過程可由菲克第二定律來描述(式(1))[12]。

(1)

式中：c指擴(kuò)散物質(zhì)在空隙溶液中的濃度，mol/L;x為一維坐標(biāo)系上的距離坐標(biāo)，m。

依據(jù)一維半無限長擴(kuò)散假定，介質(zhì)中擴(kuò)散方程的數(shù)值解為式(2)。

(2)

其中：n(x,t)是距毛細(xì)管開口端界面x(m)處t(s)時(shí)刻孔隙水中擴(kuò)散物質(zhì)的量，mol；n0是毛細(xì)管開口端與擴(kuò)散源液接觸界面處擴(kuò)散物質(zhì)的量，mol；Da是表觀擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。erfc為余補(bǔ)誤差函數(shù)，常定義為式(3)。

(3)

有效擴(kuò)散系數(shù)De(m2/s)以及吸附分配系數(shù)Kd(mL/g)可由式(4)、(5)得到。

De=Da(θ+Kdρ)

(4)

(5)

其中：θ是孔隙率；ρ是北山花崗巖巖粉的干壓實(shí)密度，g/cm3；Vslice1是第一片切片的巖粉體積，mL；cL是擴(kuò)散源液中125I-的濃度，kmol/L；cs，代表固相中125I的濃度，mol/g；cb，花崗巖粉末與溶液接觸界面處的摩爾濃度，mol/L。

1.4 吸附實(shí)驗(yàn)

為了解碘在北山花崗巖巖粉上的吸附行為，開展了相應(yīng)擴(kuò)散條件下碘在花崗巖粉上的吸附實(shí)驗(yàn)。北山花崗巖粉懸濁液的固液比為20 g/L，條件穩(wěn)定后，加入NaI載體溶液(10-6mol/L)及125I-示蹤劑。兩相振蕩接觸4 d后，分別移取1.0 mL懸濁液及1.0 mL離心分離后的上清液，測其放射性活度。Kd值和固相濃度q(mmol/g)可由公式(6)、(7)求得。

(6)

(7)

式中：C1和C2分別為吸附平衡時(shí)懸濁液和上清液中的放射性活度濃度，kBq/L；c0為液相中碘的初始濃度,mol/L；V為液相體積；m為固相質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 北山花崗巖粉的性質(zhì)

北山花崗巖的SEM照片示于圖2。由圖2(a)可知，所研磨的花崗巖粉顆粒大小分布不均。由圖2(b)可知，其中很多粒徑1～5 μm的顆粒附著于幾十微米的大顆粒上，這些納米級的小顆粒具有相對較大的比表面積，可增強(qiáng)北山花崗巖粉的吸附能力。

(a)——×500，(b)——×10 000圖2 北山花崗巖巖粉的SEM圖Fig.2 SEM images of Beishan granite powder

#——石英(Quartz，SiO2)＄——鈉長石(Albite，(Na,Ca)Al(Si,Al)3O8)&——鈉斜微長石(Anorthoclase,(Na,K)(Si3Al)O8)*——氟鐵云母(Fluorannite,KFe3AlSi3O10F2)圖3 北山花崗巖巖粉的X射線粉末衍射圖Fig.3 X-ray diffraction pattern of Beishan granite powder

利用X′Pert HighScore Plus軟件對巖粉的XRD原始譜圖扣除background和K-Alpha 2后的XRD譜圖示于圖3。在ICDD PDF2晶體衍射標(biāo)準(zhǔn)卡片庫中對物相進(jìn)行檢索比對，得出該花崗巖粉中四種主要成分分別是石英(SiO2，ICCD PDF-2 card No.[01-083-2465])、鈉長石((Na,Ca) Al (Si,Al)3O8、ICCD PDF-2 card No.[00-041-1480])、鈉斜微長石((Na,K) (Si3Al)O8，ICCD PDF-2 card No.[00-009-0478])、氟鐵云母((KFe3AlSi3O10F2)，ICCD PDF-2 card No.[00-053-1188])。該標(biāo)準(zhǔn)卡片的選取規(guī)則為擬合評分最高者優(yōu)先，但是后兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)卡片中沒有參比強(qiáng)度比(RIR)值，故不能做半定量分析。故選取含鐵金云母(ICCD PDF-2 card No.[00-042-1437])代替，得到各單礦的半定量含量分別為18%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的石英、72%的鈉長石和鈉斜微長石、11%的含鐵金云母。

通過XRD譜圖分析可知，該礦物主要由長石和石英組成，其中還含有11%的含鐵金云母，其含量較多，不可忽略。無論是含鐵金云母還是擬合度很好的氟鐵云母，其中的鐵都是以亞鐵形式存在的，具有較強(qiáng)的還原性，這說明BS03號鉆孔300～500 m深度可能是較強(qiáng)的還原性環(huán)境。

對北山花崗巖巖粉進(jìn)行了XPS和XRF測試，相關(guān)數(shù)據(jù)列于表2。XPS和XRF測試分別給出了北山花崗巖顆粒表面和體相中的元素種類和含量，由表2可以看出，所用花崗巖主要由O、Si和Al組成。由于顆粒表面與空氣中CO2長時(shí)間接觸，導(dǎo)致其較體相含有更多的C元素。該花崗巖體相中Fe的含量達(dá)到2.04%，這與XRD的測試結(jié)果相吻合，說明礦物中的確存在有不可忽略的鐵含量，且大部分為二價(jià)鐵。

表2 北山花崗巖巖粉的XPS和XRF元素分析結(jié)果Table 2 XPS and XRF analysis results of Beishan granite powder

2.2 碘在北山花崗巖粉上的吸附

利用批式法研究了不同pH值(2、4、8、10，樣品SP-1、SP-2、SP-3、SP-4)，不同離子強(qiáng)度(0.025、0.1、0.3、0.6、1.0 mol/L，樣品SP-3、SI-1、SI-2、SI-3、SI-4)以及不同溫度(25、35、42、49、55 ℃，樣品SP-3、ST-1、ST-2、ST-3、ST-4)下碘在北山花崗巖粉上的吸附，相關(guān)吸附百分比、Kd值和q值列入表3。從表3可以看出，不同條件下碘在北山花崗巖粉上的吸附百分比近乎為0，由放射性測量及操作誤差所引入的Kd值和q值的不確定度分別約為0.87和8.7×10-7，實(shí)驗(yàn)誤差導(dǎo)致部分結(jié)果出現(xiàn)負(fù)值，但均在誤差范圍內(nèi)且接近于0。說明松散的北山花崗巖粉對碘的吸附非常弱，近似零吸附，即可認(rèn)為Kd≈0。該結(jié)果與陳濤等[13]用傳統(tǒng)擴(kuò)散裝置獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，對于近乎零吸附的I-，松散與壓實(shí)的北山花崗巖粉的吸附能力近似相同[4]。

表3 批實(shí)驗(yàn)中碘吸附在北山花崗巖粉上的吸附百分比、Kd和q值Table 3 Sorption percentage, Kd and q values of I-on Beishan granite powder for batch experiments

2.3 碘的一維濃度分布

圖4為兩個(gè)不同實(shí)驗(yàn)條件下碘離子擴(kuò)散的濃度分布。圖4中各數(shù)據(jù)點(diǎn)為實(shí)測數(shù)據(jù)，曲線為使用CAPILL程序計(jì)算得到的擬合曲線。其余樣品的擴(kuò)散規(guī)律類似。由圖4可以看出，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)與CAPILL程序擬合得到的曲線吻合良好，擬合曲線的復(fù)相關(guān)系數(shù)r2均大于0.95，說明125I-在毛細(xì)管中的擴(kuò)散可由一維擴(kuò)散理論簡化處理。

ρ=1 800 kg/m3，θ =0.32±0.02■——125I-，I=0.025 mol/LT=298 K，pH=8.0，c=1.0×10-6 mol/L，擬合曲線為虛線(Fitted with dash line)；●——125I-，I=0.025 mol/LT=298 K，pH =10.0，c=1.0×10-6 mol/L擬合曲線為實(shí)線(Fitted with solid line)圖4 不同實(shí)驗(yàn)條件下毛細(xì)管法擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)得到的擴(kuò)散物質(zhì)濃度分布規(guī)律Fig.4 Diffusion profiles of 125I- in compacted Beishan granite

2.4 碘的表觀擴(kuò)散系數(shù)

圖5 125I-的表觀擴(kuò)散系數(shù)隨溫度變化的規(guī)律Fig.5 Apparent diffusion coefficients of 125I- as a function of temperatures

2.4.1 溫度的影響 研究溫度對125I-在壓實(shí)北山花崗巖巖粉中擴(kuò)散的影響時(shí)，直接以北山地下水作為背景溶液，其離子強(qiáng)度為0.025 mol/L，pH=8.03，引入的載體濃度均為1.0×10-6mol/L。在上述條件下測定不同溫度下125I-的表觀擴(kuò)散系數(shù)Da，結(jié)果示于圖5。由圖5可以看出，在不同擴(kuò)散溫度下，125I-的Da值為1.4×10-10～1.4×10-9m2/s，表明碘離子在壓實(shí)北山花崗巖巖粉中的擴(kuò)散速率很快。批式吸附實(shí)驗(yàn)以及已有的研究[3-4]均表明，北山花崗巖粉幾乎不吸附碘離子，利用DKFIT程序擬合計(jì)算得到的125I-在北山花崗巖上的吸附分配系數(shù)Kd為0.060 3～0.109 7 mL/g，屬于弱吸附性核素[13]，這也解釋了碘離子表觀擴(kuò)散速率大的原因。由圖5可見，125I-的表觀擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的升高而增大，這是由于溫度升高導(dǎo)致整個(gè)體系中分子的布朗運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，而核素的擴(kuò)散是布朗運(yùn)動(dòng)的一種體現(xiàn)，溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，表觀擴(kuò)散系數(shù)越大。

2.4.2 離子強(qiáng)度的影響 不同擴(kuò)散源液離子強(qiáng)度下125I-的表觀擴(kuò)散系數(shù)Da示于圖6。由圖6可知，在擴(kuò)散源液離子強(qiáng)度為0.025 ～ 1.0 mol/L，碘離子的Da值為1.4×10-10～5.0×10-10m2/s。傳統(tǒng)的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)表明，碘離子在壓實(shí)膨潤土中的Da為1.5×10-11～9.0×10-10m2/s的水平(干壓實(shí)密度范圍為400～1 800 kg/m3，離子強(qiáng)度為0～0.22 mol/L)[4,14-15]，其Da值與本實(shí)驗(yàn)值處于同一范圍內(nèi)，表明對于近乎零吸附的碘離子，不同吸附介質(zhì)類型對其擴(kuò)散的影響并不大。125I-的表觀擴(kuò)散系數(shù)隨離子強(qiáng)度的增大而增大。擴(kuò)散物質(zhì)在壓實(shí)花崗巖巖粉中的擴(kuò)散主要通過顆粒間孔隙溶液進(jìn)行，而巖粉表面與孔隙溶液的界面性質(zhì)與核素的擴(kuò)散密切相關(guān)?；◢弾r表面主要有≡AlOH和≡SiOH兩種基團(tuán)，二者均可以結(jié)合或解離一個(gè)質(zhì)子[16]，用XOH代表這兩種基團(tuán)，該過程可由下式描述：

XOH+OH--H2O=≡XO-

圖6 125I-的表觀擴(kuò)散系數(shù)隨擴(kuò)散源液離子強(qiáng)度的變化Fig.6 Apparent diffusion coefficients of 125I-as a function of ionic strength of diffusion source solution

2.4.3 I-濃度的影響 通過引入不同量的NaI溶液，研究I-濃度對125I-在壓實(shí)北山花崗巖巖粉中擴(kuò)散的影響，其表觀擴(kuò)散系數(shù)Da示于圖7。從圖7中可以看出，不同I-濃度下，125I-的Da值為1.3×10-10～4.5×10-10m2/s，隨載體濃度的增加而變大。擴(kuò)散過程是物質(zhì)分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移的過程，所以擴(kuò)散的速率與擴(kuò)散物質(zhì)的濃度梯度成正相關(guān)。

圖7 125I-的表觀擴(kuò)散系數(shù)隨同位素載體濃度的變化Fig.7 Apparent diffusion coefficients of 125I- as a function of ionic strength of isotopic carrier concentrations

圖8 125I-的表觀擴(kuò)散系數(shù)隨pH的變化Fig.8 Apparent diffusion coefficients of 125I- as a function of pH

3 結(jié) 論

(1) 擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)中125I-的Da值為8.2×10-11～1.4×10-9m2/s，表明碘離子在壓實(shí)北山花崗巖巖粉中的擴(kuò)散速率很快。

(2)125I-的Da值隨擴(kuò)散溫度的上升而變大，隨擴(kuò)散源液離子強(qiáng)度的增加而變大，隨同位素載體濃度的升高而變大，125I-的擴(kuò)散速率隨溶液pH值的上升整體有減小的趨勢。

[1] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB 9133—1995 放射性廢物的分類[S].中華人民共和國，1995.

[2] Chen T, Sun M, Li C, et al. The influence of temperature on the diffusion of125I-in Beishan granite[J]. Radiochim Acta, 2010, 98(5): 301-305.

[4] Tian W Y, Li C, Liu X Y, et al. The effect of ionic strength on the diffusion of125I in Gaomiaozi bentonite[J]. J Radioanal Nucl Chem, 2013, 295(2): 1423-1430.

[7] 李春江，郭志明，林漳基.花崗巖體單裂隙中核素125I-、134Cs+的彌散滲透實(shí)驗(yàn)[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),1999(6):45-51.

[8] 李春江，蘇銳，陳式，等.花崗巖單裂隙中核素遷移的研究Ⅱ：擴(kuò)散系數(shù)的測定[J].核化學(xué)與放射化學(xué),2000,22(3):190-192.

[9] 溫瑞媛，王祥云，高宏成.裂片核素在巖石中的遷移研究Ⅲ：縱向彌散系數(shù)的測定和核素129I的遷移模型[J].核化學(xué)與放射化學(xué),1994,16(3):129-134.

[10]陸誓俊，葉明呂，王堅(jiān)，等.放射性碘在地質(zhì)材料中吸附和遷移的研究[J].核化學(xué)與放射化學(xué),1991,31(2):91-95.

[11]Wang X K, Montavon G, Grambow B. A new experimental design to investigate the concentration dependent diffusion of Eu(Ⅲ) in compacted bentonite[J]. J Radioanal Nucl Chem, 2003, 257(2): 293-297.

[12]Crank J. The mathematics of diffusion[M]. Oxford: Oxford University Press, 1975.

[13]陳濤，田文宇，孫茂，等.125I在甘肅北山深部花崗巖中的吸附擴(kuò)散模型[C]∥第二屆廢物地下處置學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，甘肅敦煌：中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)，2008：353-361.

[14]Oscarson D, Hume H, Sawatsky N, et al. Diffusion of iodide in compacted bentonite[J]. Soil Sci Soc Am J, 1992, 56(5): 1400-1406.

[15]Oscarson D. Diffusion coefficients for iodide in compacted clays[J]. Clay Min, 1994, 29: 145-151.

[16]Appel C, Ma L Q, Dean Rhue R, et al. Point of zero charge determination in soils and minerals via traditional methods and detection of electroacoustic mobility[J]. Geoderma, 2003, 113(1): 77-93.

[18]Sposito G. The surface chemistry of natural particles[M]. Oxford: Oxford University Press, 2004.

[19]Wersin P, Curti E, Appelo C. Modelling bentonite-water interactions at high solid/liquid ratios: swelling and diffuse double layer effects[J]. Appl Clay Sci, 2004, 26(1): 249-257.

Diffusion of125I in Compacted Beishan Granite Research of Capillary In-Diffusion Method

ZHANG Wei-hua1, MA Bin1, HE Jian-gang1, PENG Dao-feng2, WANG Xiang-yun1, LIU Chun-li1,*

1.Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, Radiochemistry and Radiation Chemistry Key Laboratory of Fundamental Science, College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871, China;
2.East China Institute of Technology, College of Chemistry Biology and Material Science, Nanchang 330013, China

In order to understand the migration behavior of129I in the host rock of China’s key potential deep geological repository, and to provide basic data for the pre-safety assessment of the site, the effect of different experimental conditions on the adsorption and diffusion of iodine ion was investigated using a batch sorption method and a modified capillary in-diffusion method. The results suggest that the adsorption of iodide onto Beishan granite is almost negligible under solid/liquid ratio of as high as 20 g/L. According to the capillary experimental results,Davalues of125I-are between 8.2×10-11and 1.4×10-9m2/s, which suggests that the diffusion rate of iodide ion in compacted Beishan granite powder is very high. There is a positive correlation between theDawith temperature, isotopic carrier concentration and ionic strength, which can be explained by Brownian motion and electrical double layer structure of granite surface. WhileDavalue of125I-witness an overall decrease with the increase of pH values due to the granite surface charge. As can be seen, the capillary method is a fast and easy method which can be used to investigate the migration of radionuclide in compacted mineral powders.

diffusion; Beishan granite;129I; capillary in-diffusion method

2014-09-09；

2015-03-26

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11075006，91026010)；核設(shè)施退役和放射性廢物治理科研專項(xiàng)(科工計(jì)[2007]840號，[2012]851號)

(第一和第二作者為共同第一作者)：
1) 張偉華(1987—)，女，陜西寶雞人，碩士研究生，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)
2) 馬 賓(1989—)，男，河北衡水人，碩士研究生，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)

*通信聯(lián)系人：劉春立(1964—)，男，河南郟縣人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事環(huán)境放射化學(xué)研究，E-mail: liucl@pku.edu.cn

O615.1

A

0253-9950(2015)06-0469-07

10.7538/hhx.2015.37.06.0469