锆基磷酸盐无机阳离子交换树脂电去离子技术处理放射性废水的高效节能研究

为解决核能发展中放射性废水处理效率低、二次污染严重的问题，研究人员采用锆基磷酸盐（Zr(HPO4)2）无机阳离子交换树脂替代传统有机树脂，开展电去离子（EDI）技术研究。结果表明，该技术可在恒定电压下实现99.9%的Co2+去除率，能耗低至0.1276 W·h，优于有机树脂（0.1408 W·h），且无需化学再生，为放射性废水处理提供了高效环保的新方案。

　　

随着全球碳中和发展目标的推进，核能作为清洁能源的重要性日益凸显，但随之产生的放射性废水处理成为关键挑战。传统方法如有机离子交换树脂存在化学再生污染、低效等问题，而玻璃固化技术虽适用于高放射性废水，却成本高昂且操作复杂。针对这一难题，四川大学与核动力研究设计院联合团队在《Separation and Purification Technology》发表研究，创新性地将无机材料锆基磷酸盐（α-Zr(HPO₄)₂）引入电去离子（Electro-deionization, EDI）系统，为放射性废水处理提供了突破性解决方案。

研究团队采用膜堆技术结合恒压/恒流模式，对比了无机树脂、有机树脂及无树脂填充条件下的脱盐性能。通过X射线衍射表征材料结构，测定极限电流密度（2.47 mA cm^?2），并分析Co²⁺去除动力学与能耗。

Resins and the membrane stack
研究定制了以膨润土为粘结剂的α-Zr(HPO₄)₂颗粒树脂，其晶体结构通过XRD验证（图1）。膜堆设计采用交替排列的阴阳离子交换膜形成脱盐室，填充树脂后显著提升低浓度溶液的离子电导率。

Optimization of Operating conditions
在极限电流密度下，无机树脂与有机树脂的脱盐动力学无显著差异，但恒压模式下α-Zr(HPO<>₄)₂表现出更优性能：Co²⁺去除率达99.9%时能耗降低9.4%（0.1276 vs 0.1408 W·h），且电流效率提升15%。水分子解离产生的H⁺/OH^?实现了树脂原位再生，避免了化学试剂消耗。

Conclusions
该研究证实无机树脂EDI系统兼具高效性与环保性：①辐射稳定性优于有机树脂；②恒压模式能耗更低；③无需酸碱再生，减少二次污染。这一技术为核电站低中放废水处理提供了新思路，尤其适用于Co²⁺等低价核素的深度去除。

讨论与意义
传统有机树脂在辐射场中易降解，而无机锆基材料具有天然抗辐射特性。研究创新点在于将EDI的连续处理优势与无机材料稳定性结合，实现了“处理-浓缩”一体化。团队指出，未来可优化树脂颗粒结构以进一步提升传质效率。该成果对推动核能可持续发展具有重要实践价值，其低能耗特性尤其适合大规模废水处理应用。