核电给人类带来大规模经济和清洁能源的同时,不可避免地产生放射性排放,尤其是在严重事故工况下有可能产生大量的放射性废水,在乏燃料后处理过程中将产生大量高放废液。放射性废水成分复杂,有效地去除放射性废水中的核素对生态环境具有重要意义。¹³⁷Cs作为放射性废水中的主要释热核素,具有较长的半衰期和强放射性,是放射性废水中首要去除的关键核素之一。本文以多孔性二氧化硅粒子为载体,合成新型的硅基磷钼酸铵无机盐类吸附剂（AMP/SiO₂）。研究AMP/SiO₂在放射性废水（主要研究高放废液）中对Cs（Ⅰ）的吸附行为,吸附机理,耐辐照稳定性,并对使用后的吸附剂进行两方面的研究,一方面,采用吸附-脱附的方式,实现Cs（Ⅰ）的富集和AMP/SiO₂吸附剂的重复利用;另一方面,固化处理使用后的吸附剂,实现对核素Cs的安全地质处置。针对磷钼酸铵（AMP）呈微晶结构,水力学特性差,不能直接应用于吸附柱等问题,通过旋转蒸发减压法与孔内结晶法相结合的方式,将AMP担载到二氧化硅（SiO₂）的孔道内,合成吸附剂。采用SEM、XRD、BET、TG-DTA等手段对AMP/SiO₂进行表征。吸附剂表面光滑,呈多孔结构,比表面积为85.5 m²/g,孔体积为0.34 cm³/g,孔道内AMP的颗粒大小为30 nm程度,具有纳米材料结构的特征。吸附剂在400 ℃左右才发生分解,具有良好的热稳定性。针对高放废液中Cs（Ⅰ）的去除,研究了在0.1-3 M HNO₃范围内,AMP/SiO₂对Cs（Ⅰ）的吸附、脱附行为以及吸附剂的重复利用性。在3M HNO₃中,AMP/SiO₂对Cs（Ⅰ）的吸附速度快,15 min即可达到吸附平衡,吸附容量随着AMP担载量的增加而增加。在35%的AMP担载量下,分配系数为1.33×10³ cm³/g,吸附容量达到36 mg/g。吸附过程符合准二阶动力学方程和Langmuir、Frendlich-Peterson吸附等温线模型。在模拟高放废液中（燃料组分:27,ORIGEN-79计算,燃耗:28,000 MWD/tU,冷却时间:5 y）的吸附结果表明,AMP/SiO₂对Cs（Ⅰ）的选择性好,吸附率高达88%,对其它共存离子几乎没有吸附效果。吸附剂对Cs（Ⅰ）的吸附遵从Cs（Ⅰ）与NH₄⁺以1:1进行离子交换的机理。AMP/SiO₂对Cs（Ⅰ）的动态吸附柱效率>92%,3 M NH₄Cl对Cs（Ⅰ）的脱附效率>93%,最大理论塔板数为14,吸附剂的循环使用效果好。针对吸附剂的性能可能受到放射性核素衰变的影响,研究了γ辐照吸收剂量变化对AMP/SiO₂结构以及吸附性能的影响。经辐照后,AMP/SiO₂在峰位110处向左有微小的偏移,随着辐照吸收剂量由0kGy增加到300 kGy,晶面间距d₁₁₀由33.36 nm增加到33.81 nm,但对Cs（Ⅰ）的吸附容量和分配系数的影响不大。AMP/SiO₂浸泡于溶液中进行γ辐照后,发生了辐解,检测到NH₃和N₂O气体,对Cs（Ⅰ）的吸附容量和分配系数影响较大,吸附容量降低了40%。针对放射性废水处理后,二次废物（即使用后的吸附材料）的最终处置等问题,将吸附Cs后的AMP/SiO₂（AMP-Cs/SiO₂）在400-1200℃的温度范围进行烧结。研究表明:高温烧结后,可以实现固体废物的体积减容,但是AMP/SiO₂对Cs的固定效率降低到40%。为了实现对Cs的稳定固化,向AMP-Cs/SiO₂中添加水铝英石（allophane）和天然丝光沸石（NM）为固化基材,烧结成固化体,评价了固化体的稳定性、长期浸出性能以及浸出机理。添加两种固化基材,经1200 ℃高温烧结后,均形成稳定的结晶相Cs₄Al₄Si₂₀O₄₈,对铯的固定百分比>96%。随着固化基材比重的增大,还可提高烧结产物的表面特性、结晶性以及对Cs的固定效果。烧结固化体在不同浸出液（纯水、0.1 M NaCl、0.1 M HNO₃和0.1 M NaOH）中,Cs（Ⅰ）的浸出效率仅为10^-6g/（cm²·day）,化学稳定性好。随着浸出时间的增长,固化体表面发生了沉积和腐蚀现象,生成NaAlSi₂O₆、沸石P1,（Na）Na₆Al₆Si1₂O₃₆等新物质。采用allophane和NM为固化基材,通过冷压成型/高温烧结固化工艺,适合于含铯放射性废物的固化处理。本研究成功开发了性能优越的新型AMP/SiO₂吸附材料,对核素Cs的吸附/脱附效果好,并开发了核素Cs的稳定固化工艺,为分离和固化高放废液中核素Cs提供了一套完整的工艺处理技术,对实现放射性废物的处理处置奠定了理论基础。