云母矿物风化与铯吸附的互作机制研究取得新进展

近日，中国科学院西北生态环境资源研究院范桥辉研究团队取得重要进展，他们系统研究了云母矿物风化和放射性铯吸附之间的相互作用过程和机制。该研究为长时间尺度上环境系统中放射性污染物的时空演化、迁移转化、风险评估等提供了新的理论基础。相关成果发表于《水研究》。

放射性铯是切诺贝利和福岛核事故后备受关注的放射性污染物，而云母类矿物则是控制其环境地球化学行为的关键因素之一。团队针对云母类矿物风化和放射性铯吸附之间的相互作用过程和机制展开系统研究，模拟了三种典型反应体系，即云母矿物先风化后吸附铯、云母矿物先吸附铯后发生风化作用和云母矿物风化和铯吸附同时进行。重点考察了不同反应体系中云母矿物结构和铯吸附形态的变化规律，阐明了云母矿物结构稳定性与铯吸附行为间的内在关系，揭示了云母矿物风化和铯吸附间的微观相互作用机制。

“风化作用和铯吸附过程都能够对云母矿物的结构产生显著的改变，而在前人的研究中未以动态视角考虑云母的风化过程，未能准确评估在云母矿物风化过程中铯的吸附行为变化。”西北研究院特别研究助理王威告诉《中国科学报》，研究结果表明，风化作用和放射性铯吸附的先后次序显著影响云母矿物上放射性铯的吸附量、微观吸附形态和云母矿物的结构稳定性。但无论风化和铯吸附的顺序如何，风化作用可促进云母矿物产生更多的强亲和力位点，提高了放射性铯在云母矿物表面的强吸附态比例，降低了放射性铯的迁移能力。放射性铯在云母矿物层间结构的吸附，可诱导层间结构发生不同程度的塌陷，显著提升了云母矿物的耐风化能力。

此项研究成果进一步完善了放射性铯在云母类矿物表面的吸附理论，为区域放射性污染治理和防控等提供了理论基础。范桥辉研究团队表示，他们将继续深入研究放射性铯在水-土壤-微生物-植物复杂系统中跨介质、跨界面的微观地球化学过程，为建立更完整的放射性污染预测模型提供更多的理论支持。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.119918

云母风化与Cs吸附相互作用机制图。 西北生态环境资源研究院供图