近日，我校放射醫(yī)學與輻射防護國家重點實驗室王殳凹教授團隊與合作者在《自然-可持續(xù)性》（Nature Sustainability）在線發(fā)表了題為“Catalytic proton exchange in water distillation for efficient tritiated water clean-up”的研究論文，闡述了一種新型的催化質子交換-水精餾新技術用于含氚核廢水的高效凈化。
目前，核電正常運行過程產生的含氚廢水沒有有效技術進行凈化。核事故產生的含氚核污染水的高效處理更是核污染控制領域長期存在的技術難題，也是影響核電可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。水精餾法被認為是目前最為成熟的含氚廢水處理技術之一。然而，由于水與氚之間的沸點差異極小，分離因子極低，因此通常需要顯著增加分離級數才能實現有效分離。這導致水精餾氚處理技術的分離效率低、設備成本高、運行能耗大，從而難以實際應用于含氚廢水的凈化處理。
針對這一問題，由王殳凹教授領銜的蘇州大學放射化學研究團隊基于前期在環(huán)境化學、分離化學、防護化學及同位素化學領域的系列研究基礎，提出了催化質子交換（Catalytic Proton Exchange，CPE）-精餾新分離機制，將具有快速質子交換路徑的晶態(tài)多孔材料MIL-101(Cr)與傳統(tǒng)精餾填料耦合，構建了汽-液-固協(xié)同傳質體系，突破了傳統(tǒng)水精餾體系中“汽-液”兩相同位素交換的熱力學限制，實現了水精餾分離效率的大幅提升，顯著降低了水精餾氚分離技術的設備成本和運行能耗。實驗數據顯示：研發(fā)的填料理論塔板數達到35塊/米，比同等條件下報道的最優(yōu)填料提升94%，總分離因子提高2.56倍；當處理3.77×105 Bq/L含氚廢水時，使用僅2.59米高的分離塔便可將氚化水濃度降至1500 Bq/L；在相同高度（10 米）下，新填料的總分離因子比已知最優(yōu)填料高出四個數量級。該工作為未來工業(yè)級氚分離工藝的發(fā)展奠定了理論基礎，并為同位素分離領域提供了具有良好應用前景的新技術方案。
新型催化質子交換-水精餾機理示意圖
該工作由蘇州大學聯合中核核電運行管理公司、蘇州思萃同位素研究所有限公司、南京理工大學、四川大學、日本C FORCE株式會社、南京大學、中核四0四、中廣核工程有限公司、湘潭大學等單位研究人員共同完成。蘇州大學放射醫(yī)學與輻射防護國家重點實驗室劉漢洲教授、博士生楊錢、博士生欒妮、副研究員陳黎熙、博士生張姝雅和代星副教授為該論文工作的共同第一作者，蘇州大學王殳凹教授為通訊作者。該工作得到了國家自然基金委杰出青年基金延續(xù)資助項目、科技部重點研發(fā)計劃國際合作項目、江蘇省科技廳等項目的支持。
