Study on the Removal of Cesium from Simulated Seawater using Ammonium Phosphomolybdate (AMP) and Natural Zeolite Alginate Microcapsules
本研究表明，负载在海藻酸盐微胶囊中的磷钼酸铵（AMP）和天然沸石是去除模拟海水中有铯的有效且稳定的吸附剂，其中 AMP-海藻酸盐与天然沸石-海藻酸盐相比，表现出更优异的分配系数和吸附容量。
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当核设施运行时，或者在退役时，会产生含有放射性元素的废水。其中，铯是一个特别令人担忧的问题。它极易溶于水，在环境中移动迅速，且能保持放射性数十年之久。去除铯对于安全至关重要，但当处理对象是海水时，这便成了一个复杂的难题。海水中充满了像钠、钾、钙和镁这样的常见盐类。这些无害的离子会挤占铯的位置，使得标准的清洁材料难以捕捉到这种危险元素。科学家们早已知道，某些矿物可以像磁铁一样吸引铯，在忽略盐类的同时将其从水中提取出来。然而，将这些细小的矿物粉末转化为适用于流动河流或处理厂的实用形式却非常困难；因为粉末太细，难以过滤，而且海水中的盐分往往会削弱其抓取力。
台湾的研究人员致力于解决这一特定问题，他们测试了两种旨在海水环境下工作的不同矿物基材料。他们采用了一种被称为磷钼酸铵的高选择性矿物和一种天然存在的沸石矿物，然后将两者分别包裹在一种由海藻提取物制成的柔软胶状外壳中。这种被称为海藻酸盐微胶囊的外壳就像一个保护网。它将细小的矿物粉末固定在原位，使其可以被倒入柱体并用水冲洗而不被冲走，同时仍让水流通过以接触内部的矿物。研究团队想要观察这两种包裹后的矿物中，哪一种在模拟海水中捕捉铯的效果更好，以及它们是否能足够快速地完成任务，以满足实际应用处理系统的需求。
研究始于制造这些微小的胶囊。研究人员将矿物粉末与液态海藻溶液混合，然后将其滴入钙浴中。钙起到了胶水的作用，瞬间将液滴变成了坚实的圆珠，将矿物包裹在内。他们制作了两批产品：一批填充了磷钼酸铵，另一批填充了天然沸石。为了进行测试，他们将混合了少量铯的人造海水倾倒在这些圆珠上。他们测量了圆珠能吸收多少铯，以及它们将铯阻隔在水外的效果如何。结果显示两者之间存在明显差异。含有磷钼酸铵的圆珠证明是更优越的捕捉者。它们对铯的保持能力比沸石圆珠更强、容量更大。具体而言，磷钼酸铵圆珠每克材料捕获了约 0.102 毫摩尔的铯，而沸石圆珠每克则捕获了约 0.078 毫摩尔。在保持铯的能力方面，两者的差异更为显著；磷钼酸铵圆珠表现出的分布系数（衡量材料从水中提取物质有效程度的指标）大约是沸石圆珠的七倍。
为了观察这些材料是否能在类似于水处理厂运行的连续流中工作，研究人员将圆珠填充进柱体，并以高速泵送受污染的海水流经它们。他们测试了高达每分钟 50 毫升的流速。即使在这种快速节奏下，磷钼酸铵圆珠仍去除了 99% 的铯。当流速略微增加时，效率虽有所下降，但仍保持在 90% 以上，证明了该材料可以在不损失有效性的情况下应对实际处理系统的压力。沸石圆珠的表现也很好，在类似条件下去除了 90% 以上的铯，但在捕捉能力和强度方面始终落后于磷钼酸铵。
团队还仔细观察了圆珠在完成任务后的情况。利用高倍显微镜和化学扫描仪，他们检查了圆珠在接触铯前后的表面情况。他们发现圆珠保持了物理稳定性；其内部结构没有坍塌，且对于捕捉污染物至关重要的表面积几乎保持不变。扫描证实，铯确实附着在圆珠的表面。然而，扫描也显示，海水中所有其他盐类的存在使得铯在圆珠表面显现得更加困难。与在纯水中的测试相比，盐分环境使沸石圆珠表面的检测量减少了约一半，而磷钼酸铵圆珠的检测量减少了约 45%。这证实了虽然海水增加了难度，但磷钼酸铵圆珠仍然足够强韧，能够克服来自盐离子的竞争。
最终，这项研究表明，将这些特定矿物包裹在海藻基外壳中，创造出了一种耐用且有效的工具，用于清理含放射性铯的咸水。磷钼酸铵圆珠脱颖而出成为更强的候选材料，即使在高盐浓度环境下，也能提供更高的容量和更好的放射性元素保留能力。该研究表明，这些复合材料已准备好作为处理核废水的实用方法进行进一步开发，为在不破坏或冲走材料的情况下，将危险辐射从海洋中分离出来提供了一条途径。
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