钙介导的蒙脱石层间离子配对效应对碘化物吸附的增强机制及其环境意义

【编辑推荐】本研究首次通过热力学建模（log K = 4.58 ± 0.32）和多种表征技术（XRD/XPS/IR/TEM）证实：在pH 4-10范围内，钙离子（Ca2+）通过层间离子配对机制（X2Ca + Ca2+ + 2I? ? 2XCaI）显著增强蒙脱石对碘化物（I?）的吸附能力，突破传统认知中黏土矿物对碘的弱吸附理论，为放射性废物处置库（CEC）屏障设计提供关键数据支撑。

　　

Highlight亮点

放射性废物处置库中蒙脱石对碘化物（I^?）的吸附能力长期被低估。本研究揭示：钙离子（Ca²⁺）通过层间离子配对形成CaI⁺复合物，使碘吸附量接近蒙脱石阳离子交换容量（CEC），该机制在pH 4-10广泛有效，而酸性条件下仅观察到边缘位点表面络合。

Chemical Reagents and Clay Preparation化学试剂与黏土制备

实验采用高纯度试剂（如CaI₂纯度99.95%），通过钠/钙型蒙脱石（Na/Ca-montmorillonite）对比研究，结合超纯水（Milli-Q）体系控制离子强度，确保数据可靠性。

Iodide Sorption Behavior吸附行为分析

钙型蒙脱石层间距因水合状态均一化轻微膨胀，X射线衍射（XRD）直接捕获到层间碘的定位，红外光谱（IR）则检测到Ca-I振动特征峰，证实离子配对机制。

Conclusions结论

突破性发现钙离子（Ca²⁺）作为自然界普遍存在的二价阳离子，能通过"离子桥"效应大幅提升蒙脱石对阴离子污染物的截留能力，改写放射性碘（¹²⁹I，半衰期1.61×10⁷年）在黏土层中的迁移预测模型。

Environmental Implication环境启示

该机制对高钙地质环境（如地下水/工程渗滤液）中碘的阻滞具有普适意义，为核废料处置库（如膨润土屏障）的性能评估提供全新热力学参数（log K = 4.58 ± 0.32）。