全 文 ：　文章编号 :100028551 (2002) 0620393204
放射性核素95 Zr 在土壤中吸附的研究
赵希岳　史建君　刘立丽　张永熙　陈传群　王寿祥
(浙江大学原子核农业科学研究所 ,农业部核农学重点开放实验室 ,浙江 杭州　310029)
摘　要 :应用同位素示踪技术研究了95 Zr 在小粉土、黄红壤、青紫泥和海泥中的吸附 ,
并研究了不同比活度95 Zr 对土壤吸附比的影响 ,测定了吸附等温线。结果表明 ,95 Zr
进入淹水土壤后迅速被土壤吸附达到吸附平衡。不同土壤有不同的饱和吸附率 ,海
泥 > 青紫泥 > 小粉土 > 黄红壤。
关键词 :95 Zr ;土壤 ;吸附 ;吸附比 ;多步吸附
收稿日期 :2000212221
基金项目 :国家自然科学基金项目资助 (39970147)
作者简介 :赵希岳 (1965～) ,男 ,浙江大学核农所博士研究生
95 Zr 是核电站反应堆的主要裂变产物之一 ,裂变产额高达 612 % ,且具有高能γ辐射 ,其进
入土壤后能迅速被土壤吸持和固定 ,吸附量沿土壤的纵深垂直分布递减 ,污染环境。本文研究
了95 Zr 在 4 种土壤中的吸附规律 ,为探明水2土壤体系中95 Zr 的行为和制定有关安全标准提供
科学依据。
1 　材料与方法
111 　供试材料
供试核素95 ZrO2 (中国原子能研究院同位素所提供) 为粉末状固体 ,放射性比活度为 21284
×108 BqΠg(2000206220 ,下同) ,放化纯度大于 95 % ,使用前用氢氟酸将其转化为 11233 ×107BqΠ
ml 的95 ZrF4 溶液。除去过量的氢氟酸 ,再稀释到合适的比活度。
供试土壤为小粉土 (浙江杭州华家池) 、黄红壤和青紫泥 (浙江秦山)以及海泥 (浙江宁波象
山港) 。土壤经风干、粉碎后过 30 目筛。土壤主要理化参数见表 1。
表 1 　供试土壤的理化性质
Tabel 1 　Physical and chemical properties of the soils
编号 No. 土壤
soil
pH(水浸)
(in water)
有机质
organic matter (gΠkg) CEC(cmolΠkg) 粘粒clay granule ( %)
1 小粉土 powdery loam 6. 0 19. 0 0. 5 12. 5
2 黄红壤 red yellow earth 5. 5 15. 4 12. 1 18. 3
3 青紫泥 blue purple clay 6. 4 31. 5 2. 4 23. 5
4 海泥 seaclay 8. 5 8. 0 8. 7 13. 9
供试器材 :BH1244 型微机2多道一体化能谱仪 (北京核仪器厂生产) 、8022 型离心机、10ml
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玻璃离心管、25ml 三角玻璃瓶和振荡器 ( Edison U. S. A. )等。
112 　试验设计
11211 　95 Zr 在不同质量土壤中的吸附 　在 84 只 10ml 玻璃离心管中各加入95 ZrF4 水溶液
5100ml (比活度为 750BqΠml) ,然后分别加入 500、300、100、50、20、10、0 (无土) mg 上述 4 种土壤
(3 个重复) 。使土壤处于淹水状态并摇匀 ,静置 015h 后在 8022 型离心机上以 2000rΠmin 转速
离心 10min ,吸取上清液置于 20ml 容量的塑料瓶中 ,再从中吸取 1100ml (3 个重复) 置于前述塑
料瓶中。在 BH1244 型微机 - 多道一体化能谱仪上作活度测定。
11212　95 Zr 在土壤中吸附的平衡过程 　在 108 只 10ml 玻璃离心管中各加入95 ZrF4 水溶液
5100ml (比活度为 750BqΠml) ,然后分别加入 100mg 上述 4 种土壤 (3 个重复) 。摇匀后分别静置
015、1、2、8、24、72、120、192、336 h 取样、离心、吸取上清液和活度测定 ,方法同上。
1. 2. 3 　不同比活度95 Zr 在土壤中的吸附比 　在 72 只 10ml 玻璃离心管中各加入95 ZrF4 水溶液
5100ml (比活度分别为 60、120、180、240、300、360BqΠml) ,然后分别加入 100mg 上述 4 种土壤 (3
个重复) 。对所取样品进行离心、吸取上清液和活度测定 ,方法步骤同 11211。
11214 　95 Zr 在土壤中的吸附等温线 　在 72 只 10ml 玻璃离心管中分别加入比活度为 60、120、
180、240、300、360BqΠml 的95 ZrF4 水溶液 5100ml (每种比活度各 12 只) ,然后再分别加入 100mg 上
述 4 种土壤 (3 个重复) 。摇匀后静置 12h (温度为 25 ±1 ℃) ,测定土壤对95 Zr 的吸附量。对样
品的离心、吸取上清液和活度测定 ,方法步骤同 11211。
11215 　95 Zr 在土壤中的多步吸附 　在 12 只 25ml 玻璃三角瓶中加入95 ZrF4 水溶液各 5100ml (比
活度 750BqΠml) ,然后分别加入 100mg 上述 4 种土壤 (3 个重复) ,土壤处于淹水状态。振荡 8h
后转入 10ml 玻璃离心管。离心 ,吸取上清液 ,进行活度测定 (方法步骤同 11211) 。重新加入上
述95 ZrF4 水溶液 5100ml ,摇均后倒回原玻璃三角瓶中 ,重复 6 次。
2 　结果与讨论
211 　95 Zr 在不同质量土壤中的吸附
表 2 　土壤用量对95 Zr 吸附率的影响
Tabel 2 　Effect of soil volume on adsorption rate of 95 Zr ( %)
土壤种类
soil
土壤量 soil volume (mg)
500 300 100 50 20 10
小粉土 powdery loam 87. 2 78. 4 48. 7 32. 7 23. 7 18. 2
黄红壤 red2yellow earth 83. 6 74. 2 42. 6 30. 1 19. 8 15. 7
青紫泥 blue purple clay 90. 8 88. 1 55. 6 43. 5 31. 7 23. 8
海泥 sea clay 96. 9 90. 5 71. 2 52. 8 39. 3 29. 6
表 2 看出 : (1)在同样的95 Zr 比活度情况下 ,其吸附率大小顺序为 :海泥 > 青紫泥 > 小粉土
> 黄红壤 ; (2)随着土壤量的增加 ,土壤对95 Zr 的吸附率也相应增加。表明这 4 种土壤对水体
中的95 Zr 具有较强的吸附作用 ,且吸附速度较快。
212 　95 Zr 在土壤中的吸附平衡过程
随着时间的延长 ,土壤中95 Zr 的吸附率不断增加 ,经过一定时间后 ,达到吸附平衡。
表 3 表明 : (1)在土壤与水的质量比为一定时 ,土壤中95 Zr 的吸附率随着时间的延长而增
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加 ,并达一饱和值 ,表明达吸附平衡。其数值的大小与土壤的种类和性质有关[1 ] 。在土Π水质
量比为 0102 的条件下 ,经过 336h 的静置吸附 ,对95 Zr 的吸附率海泥 > 青紫泥 > 小粉土 > 黄红
壤 ; (2)土壤对95 Zr 具有很强的吸附作用 ,处理后 015h ,海泥就吸附了水体中 7112 %的95 Zr ,青紫
泥吸附了 5516 % ,黄红壤吸附了 4216 % ,小粉土吸附了 4817 % ;1h 后均超过了 50 %。
表 3 　土壤对95 Zr 吸附平衡过程
Tabel 3 　Balance process of 95 Zr in soils ( %)
土壤
soil
处理时间 treated time (h)
0 0150 1 2 8 24 72 120 192 336
小粉土 powdery loam 0 48. 7 55. 4 62. 6 70. 3 76. 8 85. 3 91. 0 91. 5 91. 7
黄红壤 red2yellow earth 0 42. 6 50. 1 57. 8 65. 6 72. 1 79. 0 86. 5 87. 3 87. 4
青紫泥 blue purple clay 0 55. 6 62. 3 70. 7 78. 5 84. 3 91. 3 92. 6 92. 9 93. 1
海泥 sea clay 0 71. 2 79. 9 87. 6 95. 9 96. 9 97. 4 97. 7 97. 9 98. 0
213 　不同比活度95 Zr 在土壤中的吸附比
吸附比 Rd (mlΠg)可用下式计算 :Rd = [ (A0 - At )ΠAt ]·(VΠm) ;式中 ,A0 为95 Zr 水溶液的初始
比活度 ,At 为吸附平衡时水溶液中的比活度 ,V 为水相的总体积 (ml) ,m 为土壤质量 (g) [2～4 ] 。
95 Zr 水溶液的初始浓度 (A0 )与吸附比 Rd 随95 Zr 水溶液初始浓度的增加而降低 (见图 1) [5 ] 。
214 　95 Zr 在土壤中的吸附等温线
以 lgQ 对 lgAt 作图即得95 Zr 的吸附等温线。其中 Q 为单位质量土壤对95 Zr 的吸附量 ,At 为
吸附平衡时溶液中的95 Zr 的比活度。在试验的浓度范围内 4 种土壤对95 Zr 的吸附服从 Freundl2
ich 吸附等温式 (见图 2) [2 ] 。
图 1 　不同比活度95 Zr 对土壤吸附比的影响
Fig. 1 　Effect of the different specific
activity of 95 Zr in soils on Rd of 95 Zr
图 2 　95 Zr 在土壤中的吸附等温线
Fig. 2 　Adsorption isotherms of 95 Zr in soils
215 　95 Zr 在土壤中的多步吸附
从表 4 看出 ,随着吸附次数的增加 ,吸附率呈缓慢增加 ,海泥为 9610 %～9812 %、青紫泥为
8913 %～9315 %、黄红壤为 8612 %～8810 %、小粉土为 8614 %～9210 % ,表明一次吸附已接近吸
·593·　6 期 放射性核素95 Zr 在土壤中吸附的研究
附饱和。
表 4 　95 Zr 在土壤中的多步吸附
Tabel 4 　Multi2step adsorption of 95 Zr in soils ( %)
土壤
soil
吸附次数 adsorption step
1 2 3 4 5 6
小粉土 powdery loam 86. 4 88. 7 89. 4 91. 8 91. 6 92. 0
黄红壤 red2yellow earth 86. 2 86. 0 87. 1 87. 5 87. 8 88. 0
青紫泥 blue purple clay 89. 3 92. 1 92. 9 92. 7 93. 2 93. 5
海泥 sea clay 96. 4 96. 0 97. 4 96. 6 97. 5 98. 2
4 种土壤对水溶液中的95 Zr 吸附很强且很快 ,吸附率随着时间延长而增加 ,不同的土壤有
不同的吸附率。其中海泥对95 Zr 的吸附能力最强 ,其吸附率达到 98 % ;随着土壤量的增加 ,土
壤对95 Zr 的吸附率也相应增加 ;不同比活度的95 Zr 在土壤中的吸附比 (Rd)与其初始化活度 (A0 )
之间呈线性关系 ,吸附比 Rd 随水溶液中95 Zr 初始比活度的增大而降低 ;在试验的浓度范围内 ,
4 种土壤对95 Zr 的吸附服从 Freundich 吸附等温式[5 ] ;随着吸附次数的增加 ,土壤对水体中95 Zr
的吸附率变化不大。
参考文献 :
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ADSORPTION OF RADIOACTIVE NUCLIDE 95 Zr IN SOILS
ZHAO Xi2yue 　SHI Jian2jun 　LIU Li2li 　Zhang Yong2xi 　CHEN Chuan2qun 　WANG Shou2xian
( Institute of Nuclear Agricultural Sciences , Zhejiang University , Key laboratory of Nuclear Agricultural Science , the
Ministry of Agricultural , Hangzhou , Zhejiang prov . 310029)
ABSTRACT :The isotopic tracer techniques were used to study the adsorption of 95 Zr in paddy soil
on powdery loam ,red2yellow earth , blue purple clay and sea clay. The results showed that after
95 Zr entered into the flood soil , it was quickly adsorped by soil and reached the adsorption equili2
brum. The saturate values of adsorption rate were different with various soils. The order of ability
of 95 Zr adsorption was sea clay > blue purple clay > powdery loam > red2yellow earth. The differ2
ent specif ic activity of 95 Zr on the Zr adsorption ratio with soils and adsorption isotherms of Zr
were determined.
Key words :95 Zr ; soil ; adsorption ; adsorption ratio ; multi2step adsorption
·693· Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2002 ,16 (6) :393～396