引言1

參考文獻2



第1章概論4

1.1放射性核廢物概述4

1.1.1放射性核廢物來源4

1.1.2放射性核廢物分類5

1.1.3高水平放射性廢物的處理處置方式6

1素的地球化學性質7

1.2素的物理化學性質7

1.2素的生理功能21

1.2.3環素的存在形態22

1素污染現狀23

1.3.1土壤污染23

1.3.2水體污染23

1.3.3大氣污染24

參考文獻24



第2章地下水原位修復方法及進展27

2.1原位修復的方法27

2.1.1原位氧化法27

2.1.2原位微生物修復法27

2.1.3原位衝洗法27

2.1.4可滲透反應牆技術28

2.1.5原位反應帶修復技術29

2.2國內外研究進展31

2.2.1硒污染治理技術研究現狀31

2.2.2可滲透反應牆技術研究現狀33

2.2.3黃鐵礦在地下水污染修復中的研究現狀36

2.2.4原位反應帶技術研究現狀37

2.2.5納米零價鐵在地下水污染原位固定修復中應用研究現狀37

參考文獻40



第3章黃鐵礦原位固定79Se的地球化學模擬46

3.1地球化學模型概述46

3.1.1PHREEQC模型47

3.1.2EQ3/6模型47

3.1.3MINTEQA2模型48

3.1.4GWB模型48

3.2黃鐵礦原位還原固定79Se的地球化學模擬49

3.2.1研究思路的可行性驗證49

3.2.2實驗室條件下的反應路徑模擬51

3.2.3野外現場條件下的反應路徑模擬67

參考文獻72



第4章納米材料的表征74

4.1氮吸附法74

4.1.1氮吸附法測定BET比表面積74

4.1.2氮吸附法測定孔容、孔徑分布76

4.2散射法（光散射、X射線、中子散射）77

4.2.1光和材料的作用原理77

4.2.2光散射79

4.2.3原子力顯微鏡（AFM）和掃描隧道顯微鏡82

4.2.4拉曼光譜（RS）84

4.2.5X射線衍射（XRD）84

4.2.6納米顆粒跟蹤分析（NTA）87

4.3吸收光譜90

4.3.1紫外/可見光譜92

4.3.2X射線吸收光譜（XAS）94

4.4X射線光電子譜（XPS）96

4.4.1XPS測量原理96

4.4.2樣品制備96

4.4.3納米應用97

4.5電子顯微鏡98

4.5.1操作原理99

4.5.2樣品制備100

參考文獻101



第5章納米材料的制備102

5.1納米粒子的常規制備102

5.1.1物理法102

5.1.2化學法103

5.2金屬納米材料的制備104

5.2.1化學法104

5.2.2物理法111

5.2.3機械力化學法112

5.3半導體納米材料的制備113

5.3.1水熱法113

5.3.2有機溶劑熱法115

5.3.3超聲化學法117

5.3.4輻射合成法119

5.4納米氧化物材料的制備121

5.4.1溶膠-凝膠法121

5.4.2水解法123

5.4.3沉澱法125

參考文獻126



第6章納米粒子在多孔介質中的運移131

6.1滲流理論131

6.1.1基本概念131

6.1.2滲流基本定律——達西定律136

6.1.3滲流連續方程138

6.1.4滲流基本微分方程140

6.1.5溶質運移機制142

6.2納米粒子運移建模148

6.2.1數學模型148

6.2.2實例156

6.3納米粒子遷移率和遷移距離對其原位應用的重要性161

6.4穩定劑和介質表面化學作用對納米粒子遷移率的影響162

6.4.1穩定劑及其對納米粒子遷移率的影響162

6.4.2介質表面化學作用及其對納米粒子遷移率的影響163

參考文獻165



第7章納米黃鐵礦對地下水硒污染的修復應用研究168

7.1納米黃鐵礦制備和表征168

7.1.1納米黃鐵礦的制備168

7.1.2納米黃鐵礦性能表征169

7.2納米黃鐵礦制備機理175

7.2.1天然黃鐵礦晶體晶格能計算175

7.2.2晶格畸變能177

7.3納米黃鐵礦顆粒原位固定地下水中Se(Ⅳ)的實驗及機理分析178

7.3.1批實驗方法179

7.3.2柱實驗方法180

7.3.3實驗結果與分析181

7.3.4各影響因素的動力學分析197

7.3.5柱實驗研究202

參考文獻209



第8章納米鐵錳礦對水中硒污染的修復應用研究212

8.1鐵錳礦粉體的制備和表征212

8.1.1鐵錳礦粉體的制備212

8.1.2鐵錳礦的表征212

8.2鐵錳礦對Se(Ⅳ)的吸附217

8.2.1Se(Ⅳ)吸附實驗方法217

8.2.2吸附實驗結果與分析219

8.3Se(Ⅳ)解吸實驗225

8.3.1解吸實驗方法225

8.3.2解吸實驗結果與分析226

8.4鐵錳礦吸附除 Se(Ⅳ)性能及機理研究228

8.4.1吸附等溫線229

8.4.2吸附動力學230

8.4.3鐵錳礦吸附 Se(Ⅳ)的XPS分析233

參考文獻236



第9章納米零價鐵制備和表征及其在介質中遷移性研究238

9.1實驗部分238

9.1.1納米零價鐵的制備方法238

9.1.2羧甲基纖維素穩定的納米零價鐵（CMC-ZVI）遷移性實驗方法238

9.1.3CMC-ZVI遷移影響因素實驗研究239

9.2結果與分析240

9.2.1納米零價鐵的表征240

9.2.2不同濃度CMC對納米零價鐵的穩定效果研究243

9.2.3CMC-ZVI遷移影響因素的研究244

9.2.4CMC穩定的納米零價鐵在介質中遷移動力學研究248

9.2.5CMC穩定的納米零價鐵遷移機理研究249

參考文獻253



第10章CMC-ZVI原位還原固定地下水中Se(Ⅵ)應用研究255

10.1實驗方法255

10.1.1Se(Ⅵ)初始濃度的影響實驗方法255

10.1.2穩定劑對還原Se(Ⅵ)效果的影響實驗方法256

10.1.3pH值的影響實驗方法256

10.1.4有機質的影響實驗方法256

10.2實驗結果與分析256

10.2.1Se(Ⅵ)初始濃度的影響分析256

10.2.2穩定劑對CMC-ZVI還原Se(Ⅵ)的影響分析258

10.2.3pH值對CMC-ZVI還原Se(Ⅵ)影響分析259

10.2.4有機質對還原Se(Ⅵ)影響分析261

10.3各影響因素的動力學分析263

10.3.1CMC-ZVI與Se(Ⅵ)非均相反應的動力學模型263

10.3.2Se(Ⅵ)初始濃度對速率的影響研究263

10.3.3穩定劑對速率的影響研究264

10.3.4pH值對速率的影響研究265

10.3.5有機質對速率的影響研究266

10.4CMC-ZVI還原固定地下水中Se(Ⅵ)的反應機制探討267

參考文獻271

大力發展清潔的綠色能源——核電，既能緩解燃煤造成的霧霾、氣候變暖等環境問題，又能解決不可再生能源日益枯竭所帶來的能源供需矛盾，核電正在逐步成為包括中國在內的世界各國能源產業的重要發展方向。核電生產過程中會產生大量含有高放射性廢物（簡稱高放廢物）的乏燃料，79Se(Ⅳ/Ⅵ)即乏燃料中的一個裂變產物，半衰期長達上萬年，且有很強的遷移能力。79Se(Ⅳ/Ⅵ)既具有放射性又具有生物毒性，是高放廢物安全處置過程中受關注的核素之一，如何阻止以79Se(Ⅳ/Ⅵ)為代表的可變價放射性核素通過地下水進入人類生活環境，是高放射性廢物安全處置的關鍵性問題。

隨著納米技術的迅猛發展，各種納米材料、納米技術被廣泛地應用於地下水污染修復技術中。與傳統修復技術相比，納米材料具有活性高、比表面積大、易隨水遷移、環境友好、能耗小等特點。

本書從核素的基本分素的污染現狀到納米材料制備、表征以及納米黃鐵礦、納米鐵錳礦和納米零價鐵在地下水中硒污染修復的應用等方面進行了介紹，旨在讓讀者了解可變價放射性核素安全處置的基本思路和技術方法。

本書共分為10章：第1章簡要介紹了放射性核素的來源、分素的地球化學性質素的污染現狀；第2章介紹了國內外采用的地下水原位修復的方法以及研究進展；第3章利用The Geochemist’s Workbench軟件模擬納米黃鐵礦與地下水中硒的化學反應路徑，從理論上介紹黃鐵礦作為處置高放廢物工程屏障回填材料的可行性；第4章介紹了納米材料理化性質的表征技術；第5章介紹了包括金屬納米材料、半導體納米材料和金屬氧化物納米材料等在內的環境污染修復中常用納米材料的制備方法；第6章介紹了納米粒子在多孔介質中的運移方式；第7章詳細介紹了納米黃鐵礦的制備、表征及其在原位固定地下水中Se(Ⅳ)的應用；第8章介紹了納米鐵錳礦的制備、表征及其在地下水中修復Se(Ⅳ)污染的應用研究；第9章繫統介紹了納米零價鐵制備、表征及其在地質介質中的運移能力；第10章詳細介紹了穩定納米零價鐵在修復地下水中Se(Ⅵ)的應用。

本書由劉宏芳著，錢天偉教授對本書進行了全面審閱，並提出了很多寶貴的修改意見，連夏雨、王瑞、劉潤龍參與了本書的編排和校對工作，化學工業出版社對本書的策劃和組織做了大量工作，在此一並表示衷心感謝！

限於著者水平和時間，書中難免存在疏漏和不當之處，敬請廣大讀者批評指正。



著者

2019年8月