偏高岭土基地聚物对铕(III)的吸附机制：pH依赖的表面络合与沉淀行为研究

为阐明核废料固化材料中铕(III)的固定化机制，研究人员通过时间分辨激光荧光光谱(TRLFS)和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)技术，系统研究了Na/K-偏高岭土地聚物(MKGP)在pH 4-11范围内对Eu(III)的吸附行为。发现Eu(III)通过边缘共享双齿/单齿内球表面络合(ISC)与MKGP结合，并在pH>8时形成Eu(OH)3(s)沉淀，该研究为放射性核素环境迁移防控提供了新见解。

　　

在核废料处理领域，如何有效固定化放射性元素防止环境迁移是重大挑战。地聚物(Geopolymers, GPs)作为新型无机陶瓷材料，因其优异的耐热性和比传统水泥低45%的CO₂排放特性，被视为理想的核废料固化基质。其中偏高岭土地聚物(MKGP)因其独特的Si-O-T三维网络结构和可交换阳离子位点备受关注。然而，针对三价锕系元素模拟物Eu(III)在Na/K-MKGP上的吸附机制，特别是pH依赖性行为的研究仍存在空白。日本原子力研究开发机构(JAEA)与东京大学团队在《Applied Clay Science》发表的研究，通过多尺度表征技术揭示了这一关键科学问题。

研究采用TRLFS(时间分辨激光荧光光谱)结合平行因子分析(PARAFAC)、D₂O/H₂O混合基质TRLFS以及EXAFS(扩展X射线吸收精细结构)等核心技术。通过批量吸附实验建立pH-吸附量关系，利用光谱学手段解析表面物种结构特征。

材料与方法
研究对比了Na/K-MKGP的FT-IR、XRD和XRF特征，证实两者具有相同的分子振动结构但阳离子类型不同。通过控制pH(4-11)和Eu(III)浓度，结合TRLFS寿命测量和EXAFS拟合分析表面配位环境。

讨论
实验发现：1) 在pH<8时，Eu(III)通过边缘共享双齿或单齿内球络合(ISC)与MKGP表面及溶出的硅酸盐结合，K-MKGP因残留Al离子表现出更强的离子强度依赖性；2) pH>8时，Eu(OH)_3(s)沉淀在MKGP孔隙中形成，TRLFS检测到特征性荧光衰减；3) PARAFAC解析出三种pH依赖的表面物种，其中Eu(Si(OH)₃)²⁺在低pH区占主导。

结论
该研究首次阐明Na/K-MKGP对Eu(III)的吸附存在"表面络合-沉淀"双重机制：在酸性至弱碱性条件下，Eu(III)通过ISC与[SiO₄]/[AlO₄]四面体形成稳定表面配合物；强碱性环境中则转化为氢氧化物沉淀。这一发现不仅为三价锕系元素(Cm³⁺/Am³⁺)固化材料设计提供理论依据，更拓展了MKGP在环境污染修复中的应用前景。研究团队特别指出，K-MKGP中残留Al对吸附行为的调控效应，为后续材料改性提供了新思路。