基于二次谐波和时间分辨荧光光谱的U(VI)与水合氧化铁胶体相互作用研究

In the deep disposal of radioactive nuclear waste, environmental colloids are essential for the migration of radionuclides. At present, the interaction between radionuclide and environmental colloids is normally studied by macro-methods, and its micro structure information can not be observed in situ. Combining nonlinear and linear spectral methods is a new way to solve these problems. This project tries to use second harmonic and time resolved fluorescence spectra, obtain the adsorption kinetics, orientation angle and free energy of adsorption of the uranyl ions on the water-nanoparticle interface by the second harmonic generation, and then find the signal of time resolved fluorescence spectra from the water-nanoparticle interfaces to obtain the detailed changes in the chemical structure of ions during the adsorption process, which enables us to observe in situ the interaction between uranyl ions and environmental colloids and understand its micro-mechanisms.

在放射性核废物的深地处置中，环境胶体对放射性核素的迁移至关重要。目前，放射性核素与环境胶体相互作用的研究多使用宏观方法，不能原位地观测其吸附物种的结构信息。结合非线性和线性光谱进行观测是解决上述问题的新思路、新方法。本项目拟结合二次谐波和时间分辨荧光光谱两种方法，由二次谐波得到铀酰离子在环境胶体中水-氧化铁纳米颗粒界面上的吸附动力学、取向角和吸附自由能等信息，在此基础上提取出时间分辨荧光光谱中来自于水-纳米颗粒界面的信息，以此获得吸附过程中离子化学结构的变化，从而原位地观测铀酰离子与环境胶体的相互作用并理解其微观机理。

对放射性核废物例如铀酰离子与环境物质相互作用的研究对于放射性核素有效回收、环境保护和核能安全发展非常重要，使用光学方法原位地对放射性离子与环境界面相互作用的研究，可以得到以往宏观方法无法得到的吸附物种结构和吸附动力学信息，以更深入地理解放射性离子与环境界面相互作用的微观机理。本项目围绕这一主题，搭建完成了可用于铀酰荧光测量的时间分辨荧光系统、铀酰与环境界面相互作用的二次谐波测量系统，并利用这两套系统以及其他方法开展了以下研究：一、借助于时间分辨荧光光谱，研究了零价铁离子在含氟碱性工业废水溶液中对铀离子的还原作用；二、利用二次谐波测量系统，研究了萃取剂分子与十二烷/水界面的相互作用，以理解放射性核素在油/水界面萃取过程中的动力学和微观机理；三、为辅助项目进行，本项目开展了一些实验研究以帮助和优化放射性离子的光学表征：首先，为提高测量光谱的强度，并理解纳米颗粒对光谱的增强效果，使用时间分辨荧光光谱研究了银纳米粒子的激光诱导击穿光谱增强，以利用在放射性核素的光谱测量中；其次，借助于中国科学院化学研究所的和频振动光谱系统，研究了有机分子如乙醇、乙醛和乙酸等在二氧化硅表面的竞争吸附，以进一步研究金属离子在环境界面与其他离子的竞争吸附过程；此外，本项目还做了一些计算机模拟的工作以理解放射性物质产生的低能粒子在环境物质中的能量损失及其对环境物质的影响。这些研究加深了对放射性核素处理处置的理解，拓展了使用线性和非线性光学原位地研究有机分子及重金属离子与环境相互作用的方法。

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