葡萄糖酸盐存在下Eu(III)在C-S-H相上吸附的分子动力学研究：对核废料中三价锕系元素迁移行为的启示

本刊推荐：本研究通过分子动力学模拟（MD）和平均力势（PMF）计算，揭示了葡萄糖酸盐（GLU）对Eu(III)（作为Pu(III)/Am(III)模型）在水泥水化产物（C-S-H）表面吸附行为的调控机制。发现低浓度GLU时形成1:1 Eu(III)-GLU表面络合物，高浓度时则生成难吸附的Ca-Eu(III)-GLU三元水相络合物，为核废料库中有机配体影响放射性核素迁移的关键过程提供了分子尺度见解。

　　

Highlight

引言

水泥是最重要且广泛使用的建筑材料。基于其结构功能性和高滞留能力，水泥被视为放射性废物处置库多屏障系统设计中的重要组成部分（Glasser等，1989）。它承担多种角色，例如作为主要建筑材料、某些废物类型的包装组成部分以及储存单元的密封材料。硅酸钙水合物（C-S-H）相是水泥基材料中关键的控制性相态，对阳离子放射性核核素的固定化起核心作用。

计算方法

C-S-H表面模型基于缺陷托贝莫来石的晶体结构构建，该结构已被确立为最接近真实水泥水合物的结构（Kirkpatrick等，1997；Grangeon等，2016，2017；Kumar等，2017；Kunhi Mohamed等，2018）。表面原子模型由初始14 ?托贝莫来石结构（Ca₅Si₆O₁₆(OH)₂·7H₂O）（Bonaccorsi等，2005）构建。托贝莫来石的层状结构由七配位钙离子片层组成...

Eu(III)在C-S-H上的吸附

Eu(III)在C-S-H相和水泥上的吸附已通过多项吸附和光谱学研究进行了探讨。已证实C-S-H是铕滞留的主要责任相，其表面吸附和晶格掺入被确定为两种主要摄取机制（Pointeau等，2001；Tits等，2003；Schlegel等，2004）。本研究未考虑晶格掺入物种，因其在结构中强固定化而难以解离。

结论

通过分子动力学模拟和平均力势计算，研究了在有无葡萄糖酸盐存在下，Eu(III)与高钙硅比（1.4）C-S-H的(001)表面之间的相互作用机制。研究考虑了表面上阳离子最典型的吸附位点——桥接位、缺陷位和链位，并进行了系统研究。研究表明，Eu(III)在(001)表面上与去质子化的硅醇基团形成牢固的内层络合物...