放射性核素污染与防治

核能的快速发展和核电的利用产生了大量放射性废物，部分放射性核素不可避免地排放到环境中，造成环境污染并给人类健康带来重大危害。因此，基于放射性核素污染的威胁，有效地将环境中放射性核进行分离和富集，对环境治理、维护生态稳定和公共安全，是一项具有挑战性且具有深远意义的工程。基于环境中放射性核素修复的纳米材料具有良好的可调控性，通过功能化可以改变其物理化学特性，其纳米尺度所具有的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应更有助于放射性核素污染的修复。近年来，各种纳米材料如纳米零价铁（nZVI）基磁性纳米材料、碳纳米管、石墨烯基纳米材料、二维过渡金属碳化物/氮化物（MXene）、金属有机骨架（MOF）和共价有机物框架（COF）因其在放射性废水污染的防护治理中的有效应用而被广泛探索。本书重点介绍了放射性核素的污染以及上述纳米材料在污染的防护与治理领域的应用。

目录
第1章 绪论1
1.1 概述1
1.1.1 放射性核素概述1
1.1.2 放射性核素污染修复技术概述2
1.1.3 放射性核素污染修复材料概述4
1.2 放射性核素的物理化学性质6
1.2.1 镧系元素7
1.2.2 锕系元素9
1.2.3 放射性同位素14
1.3 放射性核素污染修复技术15
1.3.1 化学沉淀技术15
1.3.2 生物修复技术16
1.3.3 光催化技术17
1.3.4 吸附技术18
1.3.5 电化学技术19
1.3.6 膜分离技术21
1.3.7 离子交换技术22
1.4 新型环境纳米材料24
1.4.1 纳米零价铁材料24
1.4.2 金属有机框架材料25
1.4.3 共价有机框架材料27
1.4.4 二维过渡金属碳/氮化物材料28
1.4.5 碳基纳米材料30
1.5 本章小结32
参考文献33
第2章 金属有机框架材料及其对水体中放射性核素离子的去除50
2.1 概述50
2.2 MOFs及其复合材料的合成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基纳米材料55
2.3 MOFs材料对放射性核素的去除57
2.3.1 对铀的去除57
2.3.2 对钍的去除62
2.3.3 对锝（铼）的去除65
2.3.4 对锶的去除77
2.3.5 对铯的去除80
2.3.6 对硒的去除82
2.4 实际应用中需要注意的问题86
2.4.1 稳定性86
2.4.2 选择性94
2.4.3 重复利用性94
2.5 本章小结94
参考文献95
第3章 共价有机框架材料及其对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 溶剂热合成法105
3.2.2 离子热合成法105
3.2.3 微波加热合成法106
3.2.4 机械研磨合成法106
3.2.5 界面合成法107
3.2.6 其他合成方法107
3.3 构筑COFs的反应类型108
3.4 COFs的分类109
3.4.1 B-OCOFs109
3.4.2 亚胺基COFs111
3.4.3 肼键COFs111
3.4.4 偶氮键COFs112
3.4.5 烯酮-胺键COFs112
3.4.6 酰胺COFs113
3.5 COFs吸附放射性核素的应用及性能113
3.5.1 对铀的吸附113
3.5.2 对碘蒸气的吸附118
3.5.3 对其他放射性核素的吸附121
3.6 本章小结122
参考文献122
第4章 MXene及其对水体中放射性核素离子的去除126
4.1 概述126
4.2 MXene的结构与性质127
4.2.1 MXene的结构127
4.2.2 MXene的性质128
4.3 MXene的制备方法131
4.3.1 HF刻蚀法131
4.3.2 原位HF刻蚀法132
4.3.3 熔盐刻蚀法133
4.3.4 电化学刻蚀法133
4.3.5 其他方法134
4.4 MXene材料对放射性核素离子的去除134
4.4.1 对U(VI)的去除137
4.4.2 对Th(IV)的去除144
4.4.3 对Eu(III)的去除145
4.4.4 对Cs(I)和Sr(II)的去除145
4.4.5 对Ba(II)的去除147
4.4.6 对Pd(II)的去除148
4.4.7 对Re(VII)/Tc(VII)的去除148
4.4.8 对I的去除149
4.5 本章小结150
参考文献151
第5章 nZVI及其复合材料对废水中有毒和放射性金属离子的吸附和还原性去除155
5.1 概述155
5.2 nZVI及其复合材料的合成与性质157
5.2.1 纳米零价铁157
5.2.2 表面改性纳米零价铁158
5.2.3 多孔材料支撑的nZVI159
5.2.4 材料包裹的nZVI160
5.3 重金属与nZVI基纳米材料的相互作用机制160
5.3.1 吸附机理161
5.3.2 还原机理161
5.3.3 氧化机理162
5.3.4 其他特殊的相互作用机制162
5.4 影响nZVI基纳米材料性能的因素163
5.4.1 pH163
5.4.2 共存离子164
5.4.3 反应时间165
5.4.4 温度166
5.4.5 天然有机物166
5.5 nZVI及复合材料在环境修复中的应用167
5.5.1 在放射性核素固定化中的应用167
5.5.2 在去除重金属离子方面的应用171
5.6 nZVI基纳米材料的行为和毒性177
5.7 本章小结179
参考文献179
第6章 碳基纳米材料与环境放射化学190
6.1 概述190
6.2 碳基纳米材料的理化性质191
6.2.1 活性炭191
6.2.2 石墨烯193
6.2.3 碳纳米管196
6.2.4 碳纳米纤维198
6.3 碳基纳米材料对放射性核素的去除应用201
6.3.1 活性炭基纳米材料的去除应用202
6.3.2 石墨烯基纳米材料的去除应用206
6.3.3 碳纳米管基纳米材料的去除应用209
6.3.4 碳纳米纤维基纳米材料的去除应用213
6.3.5 其他碳材料吸附剂及应用216
6.4 碳基胶体颗粒与核素的相互作用及其环境行为221
6.4.1 胶体系统的性质222
6.4.2 负载核素的碳基材料在环境中的迁移222
6.5 本章小结224
参考文献225
第7章 生物质基吸附材料及其对放射性核素的去除238
7.1 概述238
7.2 生物质基吸附材料的分类238
7.2.1 微生物材料239
7.2.2 生物质废弃物240
7.2.3 天然生物高分子材料242
7.2.4 生物质炭245
7.3 生物质基吸附材料的结构与性能调控策略247
7.3.1 生物生长复合247
7.3.2 接枝改性249
7.3.3 表面复合250
7.3.4 空间结构调控251
7.3.5 炭化253
7.3.6 掺杂改性254
7.4 生物质基吸附材料与放射性核素的作用机理255
7.4.1 表面络合255
7.4.2 离子交换256
7.4.3 生物还原257
7.4.4 生物矿化257
7.4.5 生物积累258
7.5 影响生物质基材料吸附性能的因素259
7.5.1 pH259
7.5.2 干扰离子260
7.5.3 反应时间260
7.5.4 温度261
7.5.5 有机物261
7.5.6 其他影响因素262
7.6 生物质基吸附材料对放射性核素的去除262
7.6.1 对铀的吸附去除262
7.6.2 对铯的吸附去除267
7.6.3 对锶的吸附去除271
7.6.4 对其他放射性核素的吸附去除274
7.7 本章小结276
参考文献276