纳米纤维吸附水相中的铀研究(2)
致 谢 18
参考文献19
1 引言
1.1 能源的使用现状
近代我国经济发展快速，对于能源的需求不断提高，继美国之后，我国已经成为的国际第二大能源消费国家。据统计，中国未来对能源的需求，如果仅仅依靠不可再生等传统资源，比如煤炭、石油、天然气等是不可能满足。同时，随着化石能源的使用，这种不可再生资源日渐枯竭，还有大量CO2、SO2、酸雨、大气悬浮颗粒等物质对生态环境的破坏，那么开发新型绿色能源必将成为主流，比如风能、太阳能、核能等。而且众多可使用的能源中，核能是最高效可行的一种，这决定了要解决我国能源问题，无可避免的一种选择就是继续开发核能。我国铀矿探明储量铀矿资源不甚丰富，不在世界前列，不能适应核电发展的长远需要。所以以我国的现状，不得不把目光投向海洋。
1.2 海洋核资源的开发
以目前的科技，各国实现核能源利用的方法有两个：一是聚变，如各种轻元素氘等排在铁元素之前的聚变；二是裂变，如各种重元素铀的裂变等。众所周知的重元素裂变，己可以在生产中使用；而轻元素的聚变，还在不断改进研发之中。不论是核裂变需要的重元素，还是核聚变所需要的轻元素，在海洋中存在大量的储备以供提取[1]。据估计海洋储量大概46亿吨铀，即可满足13000年的铀的使用，不过其浓度仅为3 ppb (par-per-billion，十亿分之一)。鉴于铀矿产资源已成为各应用核能的国家重要的战略储备资源，国际上铀矿石市场价格居高不下。那么开发属于我们自己的海洋核资源提取技术已经迫在眉睫，刻不容缓。这也必将获得国家的支持，未来将会从海洋中提取大量的核资源。那么就会出现一个问题，由于核燃料具有放射性特征，在开采、提炼、制造等处理的整个燃料循环过程中都会产生含有放射性废弃物。并且海水中的放射性物质具有食品链富集性和生物难降解两大特性，且不可逆转，这意着船用核动力装置和沿海核电厂排放的放射性核素极易污染海洋生态环境、破坏沿海人居安全。就像近年发生在日本近海的地震海啸，引发严重的福岛核电站事故，给环境带来严重的破坏。从那次灾难中统计的出，不仅造成珍惜的铀矿资源严重的浪费，并且将在未来几十年污染太平洋。根据我国“十二五”专项规划《重金属污染综合防治“十二五”规划》[2]，放射性核素的重金属污染防治将作为重要防治目标，可见核能的开发利用必须解决反射性废物的排放控制、存放处置，特别是核安全与防护问题都需要得到严格的把关。
1.3 放射性物质的处理
放射性物质不仅是指固体，还包括气体以及液体，而这些都是一直是各国的难题。目前，发现的放射性核素有2500多种，而天然的有60多种，大部分都是人工合成。人类活动中的核武器爆炸、核工业的排放以及核资源的开采，都会产生放射性物质。对于超过豁免值的放射性物质，我们首先都要进行预处理，已达到降低放射性水平、方便事故处理、便于退役工作、再利用和降低处理费用的目的。在预处理方面一般可以采用化学法、熔炼发、机械物理法等。对于低放射性的可燃废物来说，焚烧是比较有效的处理方式，因为生成的灰烬可以加工成为适合处理的稳定状态。当然，焚烧的放射性比活度需要控制，达到不会引起操作人员和公众安全，即国家规定的允许水平。对于弥散性物质，如蒸发残渣。废树脂等湿固体和灰烬等干固体的放射性物质，都需要固化处理，如压实。其中的中、低废物常采用水泥固化、塑料固化和沥青固化，高放射性废物采用陶瓷和玻璃工艺来固化。预处理之后就是处置了，对于中、低和极低放射性废物的处置方案有陆地浅埋、废矿井处置、深岩洞处置、海岛处置、滨海底处置、水力压裂处置以及海洋投弃。其中的陆地浅埋是广泛应用，但是海洋投弃现在已经禁止了，美国已经禁止水力压裂处置。对于高放射性废物的处置有深岩洞处置、废矿井处置、深钻孔处置、深海床处置、冰层处置以及太空处置，其中的深岩洞处置都是各国在采用的，而冰层和太空处置都还是设想。目前，各国都在研发放射性物质处置的新方法，可行性比较高的是物理吸附法、超声法、物理化学联用法和微生物清除法。核资源的缺乏以及核污染决定了各国需要提高核技术的安全和高效性，对于从海水中提取铀资源，这里不仅技术工艺很复杂，而且要处理非常多的海水。然而，人们目前研究开发了多种海水提铀的办法，如沉淀法、离子交换法、膜分离、生物法以及萃取法等[3]。各国针对含铀废水处理与海水中提取铀所采取的主要技术手段包括中和沉淀法、离子交换法、萃取法以及根据物理吸附原理来收集海洋核资源新思路[4-7]。