Se79是乏燃料中的一个裂变产物,半衰期长达百万年(t1/2=3.27×105年)。它在排放的乏燃料中所占的比例不到0.001%,但具有较强的迁移能力和生物可利用性,是高放废物地质处置中重点关注的少数几个放射性核素之一。IVSe)(和VISe)(以溶解态存在,极易在环境中迁移,而Se)0(、ISe)(-和IISe-)(一般以非溶解的固态形式存在,迁移能力较差。溶解态的硒转化为非溶解态的硒可以有效阻滞其随地下水迁移。本研究以国家自然科学基金“利用黄铁矿还原固定地下水中硒的研究(41272375)”和“纳米零价铁和纳米氧化铁原位固定核设施场地土壤和地下水中锝和铀的机理研究(41230638)”的研究内容为依托,首先,利用机械化学活化法制备纳米黄铁矿材料并进行详细表征,再通过实验室实验和数学模拟计算探讨该纳米材料对地下水中放射性IVSe)(的固定效果,同时利用化学热力学和动力学理论探讨其固定机理。其次,利用化学还原法制备羧甲基纤维素稳定的纳米零价铁材料,并通过室内柱实验研究其在多孔介质中的迁移能力及影响因素,最后利用批实验研究此纳米材料对地下水中VISe)(的修复效果及影响因素。具体结论如下:(1)纳米黄铁矿还原固定IVSe)(过程中,酸性环境下,黄铁矿中只有2-2S参与IVSe)(的还原反应,碱性环境下,黄铁矿中2-2S和2+Fe均参与IVSe)(的还原反应。随着p H值的增大,黄铁矿还原固定IVSe)(为Se)0(的能力逐渐减弱。但在实验p H范围,黄铁矿对IVSe)(总体的原位固定能力呈现中间弱两头强的趋势。(2)体系温度对纳米黄铁矿去除IVSe)(的效果有显著影响。当温度从20 oC升高到60oC时,其对应的表观速率常数由0.28h-1升高到0.88h-1,IVSe)(浓度半衰期由2.48h-1下降到0.79h-1。利用阿龙尼乌斯方程求得纳米黄铁矿固定IVSe)(的活化能为25.4k J/mol。(3)机械化学活化法制备的黄铁矿粒径大小与球磨机的转数和球磨时间有关。在一定实验范围内,随着球磨机转速增加和球磨时间加长,球磨后的黄铁矿颗粒粒径越来越小,但是当球磨机转速从350r/min增加到450r/min时,晶粒粒径减小不明显。黄铁矿在450r/min的球磨机上连续球磨24h后,颗粒粒径减小到140nm。(4)纳米级黄铁矿的反应活性明显高于微米级黄铁矿的反应活性高,12小时反应时间内,纳米级黄铁矿和微米级黄铁矿对IVSe)(的去除率分别为99.55%和18.08%,黄铁矿粒径越小,去除效果越好。(5)GWB软件模拟计算结果证实了体系中硒元素最终的存在形态受p H影响,酸性条件利于IVSe)(生成Se)0(,中性至碱性条件则利于IVSe)(生成2Fe Se。此外,还证实黄铁矿还原固定IVSe)(的链式反应是由2+Fe失电子首先引发的。(6)羧甲基纤维素能有效阻止纳米零价铁团聚,显著提高其分散性和稳定性。实验结果表明,用0.2%的羧甲基纤维素制备浓度为0.1g/L的纳米零价铁时,制得的纳米零价铁的粒径分布范围为3-65nm,粒径小于20nm的颗粒占到总量的90%以上。无论比较制备的粒径大小还是粒径分布范围,质量浓度为0.2%的羧甲基纤维素的分散和稳定效果都是最佳的。(7)羧甲基纤维素稳定的纳米零价铁的迁移能力受石英砂介质粒径和水流速度的影响。实验结果表明,石英砂介质孔隙越大,羧甲基纤维素稳定的纳米零价铁的迁移能力越强。在实验流速范围内,羧甲基纤维素稳定的纳米零价铁的迁移能力与流速呈指数关系,其在石英砂介质中的最大迁移距离为3.27m,是未稳定的纳米零价铁最大迁移距离的4.1倍。羧甲基纤维素稳定的纳米零价铁在石英砂介质中的沉积速率随水流速度的增加而减小。随着水流对流作用增强,羧甲基纤维素稳定的纳米零价铁在介质表面的附着量减少,穿透能力增强。(8)羧甲基纤维素稳定的纳米零价铁对VISe)(的去除效果受VISe)(浓度、稳定剂种类以及p H值和有机质等因素影响。相同反应时间内,初始浓度为5.0mg/L的VISe)(被完全去除,初始浓度为7.5mg/L、10.0mg/L和15.0mg/L时,VISe)(对应去除率分别为96.1%、92.1%和68%,呈现不同程度降低。羧甲基纤维素作稳定剂制备的零价铁粒径比淀粉作稳定剂制备的零价铁粒径更小,比表面积更大,反应活性更高,去除效果更佳。羧甲基纤维素稳定的纳米零价铁去除VISe)(的最适p H值范围为6.0~8.0。初始p H值为6.0时,去除效果最佳。地下水中的有机质会对羧甲基纤维素稳定的纳米零价铁去除VISe)(的反应产生负干扰。化学动力学分析结果表明,羧甲基纤维素稳定的纳米零价铁固定VISe)(的反应满足准一级动力学方程,表观速率常数受到反应体系VISe)(浓度、稳定剂种类、有机质以及p H等因素影响。此外,对反应后的黄铁矿表面进行XPS测试的结果表明,羧甲基纤维素稳定的纳米零价铁还原固定VISe)(的产物有IVSe)(和Se)0(两种形态,其中IVSe)(以3e)(Se OF H形式存在。