“碳中和,碳达峰”目标的提出为能源结构转型和清洁能源的发展提供了机遇。其中核能作为低碳能源选项之一,已经促进了低碳发展,并将在实现“碳中和,碳达峰”的目标中发挥至关重要的作用。然而,核电的发展面临着妥善处理与处置放射性废物的问题。吸附是常用的处理放射性废水的方法,其核心在于寻求合适的吸附材料。研究吸附的传统方法为单因素的批次实验法,而寻找合适的吸附材料需要大量的尝试,会消耗较多的人力、物力,接受难以忽略的放射性剂量。对该研究过程的优化符合辐射防护最优化的原则。响应曲面法（RSM）是一种广泛使用的实验设计优化技术,它可以通过数学模型确定响应与独立因素之间的关系。机器学习（ML）方法可以识别多变量及其相关因素之间复杂非线性关系并进行相应预测。因此,本研究在天然材料及其衍生物对放射性废水处理的实验基础上,结合RSM和ML进行实验优化和预测。此外还利用ML预测了高放废物处置库中膨润土的导热系数。具体研究及结果如下:（1）采用单因素法和RSM研究了柚皮对碘酸盐的吸附。柚皮经低氧热解后吸附能力下降。RSM表明影响柚皮吸附碘酸盐的重要程度为:接触时间＞pH＞碘酸盐初始浓度＞温度。最优的吸附条件为pH4.0、100mg/L初始碘酸盐浓度、50℃和5d接触时间,对应的吸附容量为6.81mg/g。柚皮对碘酸盐的吸附主要是物理吸附,含氧基团在该过程中起决定性作用。含氧基团对碘的诱导极化可能是吸附碘酸盐的主要机理。在酸性条件下,柚皮表面带正电,与碘酸盐产生静电吸引而将其去除。一些碘酸盐也可以被柚皮的羟基还原去除。此外,可以利用RSM进行了吸附等温线分析和热力学计算,为解释吸附机理提供线索。（2）采用低氧热解法和水热法制备玉米秸秆生物炭,研究制炭条件对生物炭吸附碘酸盐能力的影响。热解生物炭的吸附平衡时间比水热生物炭短,但水热生物炭的吸附碘酸盐的能力更好。表征结果表明,热解生物炭比表面积较大,而水热生物炭却保留了较多的含氧官能团。比表面积和含氧官能团的数量均对吸附碘酸盐有影响。经过5次吸附/解吸循环,水热炭依然能保持较好的吸附碘酸盐能力。水热炭制备温度较低,吸附碘酸盐的能力好,因此首选水热法制备生物炭。（3）利用已经发表的大量生物炭吸附铀的实验数据,应用四种ML方法来预测生物炭对铀的吸附,并分析了生物炭的理化性质对铀吸附的相对重要性。开展了独立的铀吸附实验以验证ML模型。经过训练和验证,用包含两个隐藏层的感知器得到的模型表现最好。生物炭的结构特性,如比表面积,对吸附铀能力的影响要比化学成分更重要。（4）膨润土的导热系数是影响高放废物处置库安全的关键参数之一。除了常规的实验测量和数学模型外,还可以利用ML技术预测膨润土的导热系数。ML的研究结果表明,含水率是影响膨润土导热性能最重要的因素,而温度是影响热扩散率最重要的因素。5个输入变量的ML模型,其性能和泛化能力优于3个输入变量的ML模型。在工程中,可以通过控制干密度和石英的添加量来调节膨润土的导热系数。干密度应大于1.6Mg/m3,最好接近1.8Mg/m3。石英的最佳掺量为20～40wt%。柚皮和玉米秸秆生物炭对碘酸盐均具有良好的吸附效果,生物炭对铀也有一定的吸附能力,这表明天然材料及其衍生物在放射性废物的处理领域有较好的应用前景。RSM及ML在放射性废物处理与处置的研究中,不仅在实验优化等方面表现出优越性,也能用于材料性能的预测,以及指导材料的设计、改性。