《Applied Geochemistry》：Application of Large Community Sorption Datasets to Surface Complexation and Ion Exchange Model Development: Uranium Sorption to Montmorillonite
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摘要核废料的安全处置在很大程度上取决于对地下环境中放射性核素迁移性的可靠预测，其中向矿物表面的吸附作用是一种关键的滞留机制。机理模型，如表面络合模型（SC）和离子交换模型（IE），相比经验分配系数（Kd）方法提供了更好的预测能力，但受制于缺乏内部一致且全面的反应常数数据库。本
摘要
核废料的安全处置在很大程度上取决于对地下环境中放射性核素迁移性的可靠预测，其中向矿物表面的吸附作用是一种关键的滞留机制。机理模型，如表面络合模型（SC）和离子交换模型（IE），相比经验分配系数（Kd）方法提供了更好的预测能力，但受制于缺乏内部一致且全面的反应常数数据库。本研究利用劳伦斯利弗莫尔国家实验室表面络合/离子交换（L-SCIE）数据库——一个开源的、符合FAIR原则的包含超过10万条吸附数据的仓库——优化了铀(VI)在蒙脱石上吸附的SC/IE反应常数。蒙脱石是一种常见的黏土矿物，被提议作为核废料库的回填材料。通过使用自动化工作流程和CrunchFlow地球化学模拟引擎，我们将Bradbury和Baeyens (2005)以及Marinich等 (2025) 提出的非静电SC/IE模型与2,585条覆盖广泛pH、离子强度、矿物来源和溶液条件的铀(VI)-蒙脱石社区吸附数据进行了对比测试。这些已发表的铀(VI)-蒙脱石模型最初是基于小得多的数据集校准的，无法模拟更大的社区数据。然而，这些已发表的反应常数能够被方便地调整以更有效地区间捕获大量的社区数据，这突出了大型可访问的社区数据集在模型校准中的益处。一种独立的反应/参数优化方案表明，仅需四个反应（三个SC反应和一个IE反应）即可有效地再现社区数据。在所测试的非静电模型框架下，纳入三元碳酸盐表面络合物并未改善模型校准效果。重要的是，不同来源的蒙脱石（亚利桑那州 vs. 怀俄明州）也被发现产生了统计上等效的拟合参数，这对于解决数据可转移性问题至关重要。本研究建立了一套可扩展、透明的SC/IE数据库开发方法论，以支持核废料库的数据驱动性能评估和安全案例建模。未来工作将在此方法基础上发展L-SCIE FAIR社区数据库，并开发全面自洽的SC/IE反应数据库，以提高复杂地球化学环境中反应性输运模拟的可靠性。
章节摘要
引言
核废料的处置带来了重大的社会挑战，这是因为废料的复杂性、某些高风险驱动放射性核素（如U同位素）的长半衰期以及它们在地下水中的迁移性（El-Showk, 2022）。近年来，对核能——特别是小型模块化反应堆（Krall等, 2022; Wainwright等, 2024）——的重新关注使这一问题引起了更多的重视。为应对核废料挑战，深地下
L-SCIE数据库
L-SCIE吸附数据库由一系列链接表组成，最近从Microsoft Access?数据库转换为开源的MariaDB? SQL关系型数据库。数据库的结构和内容细节已在过去的文献中有所描述（Zavarin等, 2022），且转换为MariaDB格式时其总体结构未发生变化。然而，需要注意一些代表数据收集基础的关键特性
BB05模型与数据
表3比较了基于BB05原始提出的反应化学计量和模型框架的模型拟合结果。原始BB05模型反应常数能够有效地模拟196个原始数据点所代表的溶液范围内铀(VI)在蒙脱石上的吸附（R=0.98）。通过拟合SC和IE反应常数可以实现拟合的轻微改善（R=0.99），但我们指出这一差异仅作为定性指标呈现，而非
结论
本研究展示了利用大型社区来源吸附数据集——在FAIR和开放科学原则下整理——进行表面络合和离子交换（SC/IE）数据库的稳健开发与测试的强大力量。通过整合L-SCIE数据库中超过2,500条铀(VI)-蒙脱石吸附数据，我们证明了一个四反应SC/IE模型（三个表面络合反应和一个离子交换反应）可以优于Bradbury和
CRediT作者贡献声明
Haruko Wainwright：写作——审阅与编辑、指导、项目管理、资金获取、概念构思。Luis Eguiguren：写作——原稿撰写、可视化、验证、软件、方法论、调查、形式化分析、数据管理、概念构思。Mavrik Zavarin：写作——审阅与编辑、可视化、软件、项目管理、资金获取、形式化分析、数据管理、概念构思
未引用参考文献
Clay Minerals Society, 2025; Erdal等, 1977; Grenthe等, 2020; Kim, 2001; Missana等, 2009; Torstenfelt等, 1988; Bradbury和Baeyens, 2011a; Tachi等, 2014; Wang等, 2002。
利益冲突声明
? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Mavrik Zavarin报告获得了美国能源部的财务支持。如有其他作者，则声明他们不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争财务利益或个人关系。
致谢
本研究由美国能源部核能大学计划、核能办公室资助。本工作在Lawrence Livermore国家实验室在美国能源部的主持下完成，合同编号DE-AC52-07NA27344。LLNL-JRNL-2013672。特别感谢Paul Scherrer研究所的O. Marinich和D. Miron对本手稿改进提出的意见和建议。
Luis Eguiguren|Haruko Wainwright|Mavrik Zavarin
Glenn T. Seaborg研究所，劳伦斯利弗莫尔国家实验室，加利福尼亚州利弗莫尔94550，美国
