國立研究開發(fā)法人日本原子能研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAEA)發(fā)現(xiàn)，針對(duì)受放射性銫污染的土壤，添加氯化鈉(食鹽)并在真空中加熱至800度，可在短時(shí)間內(nèi)去除其中九成的銫。這一結(jié)果被認(rèn)為與一種名為 “高速離子交換” 的新現(xiàn)象有關(guān)。日本原子能研究開發(fā)機(jī)構(gòu)計(jì)劃在未來約兩年時(shí)間內(nèi)推進(jìn)實(shí)證試驗(yàn)，驗(yàn)證 “是否也能對(duì)10千克左右的土壤進(jìn)行低成本去除” 等問題。

2011年東日本大地震中受災(zāi)的東京電力福島第一核電站釋放的放射性元素銫，隨著雨水等降落至地面。銫會(huì)以離子形式進(jìn)入土壤中粘土礦物的層狀結(jié)構(gòu)中，因而難以去除。另一方面，在放射性銫的同位素中，銫137的物理半衰期為30年，環(huán)境污染將長(zhǎng)期持續(xù)。因此，目前亟須開發(fā)低成本、高效率的除染方法。

據(jù)JAEA原子能科學(xué)研究所尖端基礎(chǔ)研究中心耐環(huán)境性功能材料科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的下山巖研究主干(材料科學(xué)領(lǐng)域)介紹，以往的除染方法是將含有放射性銫的土壤與食鹽等一同在1000～1300度條件下溶解，再去除氣化后的銫。但由于加熱溫度越高，能源成本也越高，降低處理溫度是一項(xiàng)難題。

下山研究主干等人認(rèn)為，若在真空中，即便在低溫下銫也容易氣化，除染效率可能會(huì)提升。他們以在福島縣富岡町采集的土壤為樣本，確認(rèn)了該土壤的放射性濃度超過了環(huán)境省規(guī)定的 “廢棄物安全處理基準(zhǔn)(每千克8000貝克勒爾)”，達(dá)到每千克1萬貝克勒爾。

研究團(tuán)隊(duì)將土壤與等量的食鹽在氣壓10～20帕斯卡(約為大氣壓萬分之一)這一近似真空的狀態(tài)下加熱。結(jié)果顯示，在600～700度時(shí)，放射性銫的除染率有所上升，加熱約60分鐘達(dá)到800度時(shí)，除染率達(dá)到約九成。而在水溶液中的反應(yīng)即便耗時(shí)5000分鐘，除染率仍不足三成。

不進(jìn)行抽真空操作，而是直接在大氣中加熱至800度，除染率僅為真空中的六分之一左右。此外，若不混合食鹽，即便處于真空狀態(tài)，除染率也不能達(dá)到預(yù)期水平。

關(guān)于 “在真空中添加食鹽時(shí)可在較低溫度下去除” 的原因，下山研究主干等人將目光投向了土壤中銫離子所嵌入的粘土礦物層狀結(jié)構(gòu)。通過X射線衍射實(shí)驗(yàn)等研究發(fā)現(xiàn)：粘土礦物在加熱至500度的過程中，層與層的間距會(huì)逐漸擴(kuò)大，但當(dāng)進(jìn)一步加熱至700度時(shí)，層間距會(huì)急劇縮小。

結(jié)合 “真空中700度時(shí)，食鹽不經(jīng)液態(tài)直接從固體氣化”，以及 “銫的去除起始溫度低于食鹽氣化溫度” 等現(xiàn)象，研究認(rèn)為該過程中發(fā)生了 “銫離子從粘土礦物中層狀結(jié)構(gòu)擴(kuò)大后形成縫隙中釋出，同為陽離子但尺寸稍小的鈉離子代替其進(jìn)入縫隙” 的離子交換現(xiàn)象，鈉離子的嵌入致使層間距縮小。

下山研究主干表示：“離子交換在水溶液中是常見現(xiàn)象，但在除染領(lǐng)域，真空中發(fā)生的這種高速離子交換，我認(rèn)為是一種新現(xiàn)象。” 據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)未來在基礎(chǔ)研究層面，將測(cè)試食鹽以外其他添加劑的效果;在實(shí)證試驗(yàn)層面，第一階段將在兩年內(nèi)驗(yàn)證 “10千克土壤是否能高效除染”，第二階段會(huì)將處理規(guī)模擴(kuò)大至100千克等重量，逐步驗(yàn)證效率。