核事故会引发放射性物质的传播扩散，对人类健康和生态环境造成严重危害，而核废水的处理目前仍存在难以攻克的技术瓶颈，尤其是放射性核素排放总量控制问题一直未得到有效解决。我校柴之芳院士和王殳凹教授科研团队在国家自然科学基金重大项目等资助下，围绕核废水处理中的关键难点开展系列研究，解决了低活度含氚废水的净化难题，研发出多种关键离子型核素选择性吸附材料，为核废水的深度净化提供了新思路与技术支持。近日刊发的国家自然科学基金委简报，专题对这一重要进展进行了详细报道。
核事故废水中的氚由于活度较低暂无有效技术进行净化处理，不得不采取稀释排放（非总量控制）策略，导致环境负担加重，生态系统遭到破坏。柴之芳院士团队将水精馏技术与同位素催化交换技术相结合，研发出具有高通量、高塔板数、高稳定性等优势的新型高效氢同位素精馏分离技术，成功用于低活度氚分离，克服了低活度含氚废水的处理难题，使核废水中的氚从105贝克/升降低至10贝克/升以下，远低于中国核电废水排放标准100贝克/升以及欧盟的饮用水标准100贝克/升。
团队成功将新型催化交换水精馏处理技术应用于低氘水和氧同位素的生产。与国际上已报道的同类型技术相比，该技术精馏效率提高40%，从而可有效降低能耗和处理成本，实现真正意义上的氚总量控制排放。
此外，团队针对放射性污染中重点关注的几类放射性核素，如129碘、90锶、137铯、239钚、238铀等，团队开发了系列新型放射性核素净化材料和工艺，用于选择性深度净化核废水中的放射性核素。合成了具有良好辐照稳定性的富氮型共价有机框架材料，用于单质碘及有机碘的高效去除，对碘的吸附几乎不受环境湿度的影响。研制出新型膦酸锆类固相吸附剂，对复杂水环境中的锶具有优异的选择性吸附性能。制备出结构稳定的元素三重互锁的金属有机骨架材料，可以对铯进行高效富集和分离去除。研制出新型还原型多酸基金属有机框架材料，集络合配位、化学还原和光催化还原三种不同铀富集机制于一体，协同实现水体环境中锕系核素238铀的快速、高容量、高选择性富集，为设计高性能铀酰固相富集材料开辟了一条新路径，在放射性废水处理、铀尾矿治理以及核事故应急等任务中具有良好的应用前景。
核废水净化相关技术已申请国家发明专利6项。所研发的材料与工艺在放射性核素净化性能，包括吸附容量、动力学、选择性以及材料稳定性等方面处于国际领先水平。现已初步证实所开发的固相吸附材料可定量去除某低排放废液中的锕系核素，后期将进一步发展材料成型加工技术，建立核素固相分离小型示范装置，为中国乃至世界核废水的有效处理提供中国方案。
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