專利名稱：一種核廢水中¹³¹I^-高效吸附劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種Ag2O摻雜的納米鈦酸鹽吸附劑的制備方法，特別涉及放射性廢水中1311-高效吸附劑的制備方法。
背景技術(shù)：
核電站的熱源主要是鈾-2 3 5 (235U)，當(dāng)一個(gè)235U的原子核受到外來中子轟擊時(shí)，分裂成兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核，同時(shí)放出2 3個(gè)中子。這些中子又繼續(xù)去轟擊別的235U原子核，由此持續(xù)進(jìn)行的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)能釋放出巨大的能量。235U裂變出300多種核素產(chǎn)物，主要分布在質(zhì)量數(shù)90 95，130 140的峰值區(qū)間內(nèi)，除去大量產(chǎn)額少或半衰期短的核素，主要得到的裂變產(chǎn)物是碘-131 (131I)、銫-137 (137Cs)、鍶-90 (9°Sr)等。mI會(huì)發(fā)生β衰變，發(fā)射出β射線和Y射線，最大能量分別為0.60651價(jià)和0.36411價(jià)，半衰期為8.02天。131I的沸點(diǎn)為184.35°C，密度僅為4.93g/cm3，易升華，且使其常以氣體形式存在，并可以廣泛散布到幾百公里之外。不僅如此，在核能反應(yīng)堆發(fā)生事故時(shí)，mI還會(huì)迅速溶于水，形成大量的1311_。(如1986年發(fā)生在切爾諾貝利、1979年發(fā)生在美國賓夕法尼亞三里島、2011年發(fā)生在日本福島的事故中)。在2009年，在英國、德國、美國核發(fā)電站的嚴(yán)重事故中，同樣發(fā)生了mI同位素等放射性物質(zhì)的泄漏。由于這些高等級(jí)放射性廢水的泄漏，廢水中裂變產(chǎn)物的電離輻射會(huì)危害周邊地區(qū)的生物體和自然環(huán)境，在世界范圍引起了廣泛關(guān)注。放射性碘還在醫(yī)學(xué)上用于甲狀腺腫瘤的診斷和治療，同時(shí)放射性廢水也是通過醫(yī)療研究部門直接排放出去。放射性廢棄物的有效處理手段是放射性同位素廣泛和平使用的保障，但是現(xiàn)有的手段都是復(fù)雜且極其昂貴的(比如膜分離等)。需要更有效的方法及時(shí)捕捉放射性碘，有效凈化處理放射性廢水
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可快速高效吸附過濾核污染廢水的吸附劑的合成方法?？捎糜诜乐畏派湫晕镔|(zhì)碘-131及其他放射性碘同位素的擴(kuò)散，可廣泛用于核事故應(yīng)急、核設(shè)施防護(hù)、醫(yī)療放射性廢水處理等。本發(fā)明制備過程簡單，不需要昂貴設(shè)備，所得產(chǎn)品質(zhì)量高性能好，可快速、高效、定向吸附核廢水中的放射性物質(zhì)碘-131。本發(fā)明中制備的吸附劑成本低、效果好，是一種具有定向選擇性功能的高效吸附材料，可以快速、簡便、高效地吸附固定放射性物質(zhì)碘-131。本發(fā)明提出的一種核廢水中131Γ高效吸附劑的制備方法，包括以下步驟:I)用濃NaOH溶液與TiO2顆?；旌希瑪嚢韬蟪暦稚⒕鶆?；所述的NaOH溶液的濃度為IOM所述的NaOH溶液與TiO2顆粒的混合質(zhì)量比例為55 60: 3 ；2)用水熱反應(yīng)釜聚四氟乙烯內(nèi)襯分裝步驟I)中的混合物，進(jìn)行水熱反應(yīng)；3)用蒸餾水洗滌步驟2)中反應(yīng)后的沉淀，清洗干凈后進(jìn)行干燥，得到納米吸附劑的基體鈦酸鈉鹽納米纖維或納米管； 4)用水分散步驟3)的產(chǎn)物，通過滴加稀NaOH水溶液將分散液的PH值調(diào)至11，將堿化后的基體通過離心收集；所述的稀NaOH水溶液的濃度為ImM IM ;5)用硝酸銀水溶液浸泡步驟4)中的堿化后的基體，并劇烈攪拌；6)對(duì)步驟5)處理后產(chǎn)物進(jìn)行離心，收集沉淀物后用水清洗干燥后即得到核廢水中131Γ的高效吸附劑。所述的TiO2顆粒為325目的銳鈦礦TiO2。所述的均勻混合是超聲分散，超聲功率為30W，分散時(shí)間為30min。所述的水熱合成的水熱條件為130 200°C。所述的干燥條件為80°C下的真空干燥或烘箱干燥，干燥時(shí)間為12h。所述的納米鈦酸鈉鹽基體是鈦酸鈉鹽納米管或鈦酸鈉鹽納米纖維。所述的堿化是吸附劑基體與水以1: 1000 (質(zhì)量比)混合后將pH調(diào)至11后離心收集吸附劑基體。所述的硝酸銀水溶液濃度為1X10_2M，堿化吸附劑與硝酸銀水溶液的質(zhì)量比為I: 1000。所述的固化沉積是經(jīng)300 IOOOrpm磁力攪拌或機(jī)械攪拌,攪拌時(shí)間為24h。所述的收集是離心收集，離心條件為5000 13000rpm,離心時(shí)間為5min IOmin0所述的干燥條件為80°C下的真空干燥或烘箱干燥，干燥時(shí)間為12h。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明使用的原料主要是Ti2O,來源廣泛，環(huán)保綠色、安全性高，不會(huì)給環(huán)境帶來污染。本發(fā)明方法制備的吸附劑為高效吸附劑，Ig就能處理It廢水，高濃度廢水(含量為125ppm)在30min內(nèi)，碘-131的去除率能高達(dá)80%。本發(fā)明方法制備的吸附劑具有選擇性，在NaCl存在的情況下，仍會(huì)選擇性吸附放射性物質(zhì)碘-131及其他放射性碘同位素。本發(fā)明方法制備的吸附劑還能將碘-131固化，用水沖洗48h僅會(huì)脫除0.4%的碘-131。本發(fā)明方法制備的吸附劑可大量合成，不需要昂貴設(shè)備，可廣泛用于核事故應(yīng)急、核設(shè)施防護(hù)、醫(yī)療放射性廢水處理等。


圖1是具體 實(shí)施例1得到的鈦酸鈉鹽納米纖維基體，可見在低強(qiáng)度超聲下的纖絲較粗，約為100 200nm ；圖2是具體實(shí)施例1得到的沉積有大量Ag2O納米晶的纖維狀吸附劑材料；圖3是具體實(shí)施例2得到的鈦酸鈉鹽納米管基體的TEM圖，明顯可見形成了管狀結(jié)構(gòu)。納米管直徑不超過IOnm ；圖4是具體實(shí)施例2沉積大量Ag2O納米晶的管狀吸附劑材料。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例16g 325目銳鈦礦二氧化鈦顆粒與80mL IOM NaOH水溶液互混，混合后的懸浮液用30W超聲30min，使其均勻分散。將超聲后的分散液倒入水熱反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，將水熱釜擰緊后放入烘箱，烘箱溫度調(diào)至180°C，反應(yīng)時(shí)間為48h。將水熱反應(yīng)后的沉淀收集后用蒸餾水反復(fù)洗滌，在80°C下真空干燥12h后得到白色的Na2Ti3O7的鈦酸鈉鹽納米纖維。將2g鈦酸鈉鹽納米纖維與2L純水混合均勻，用IMNaOH溶液滴定，使分散液的pH為U。將堿化的分散液進(jìn)行離心，離心速率為lOOOOrpm，離心時(shí)間為lOmin。倒去上清液，收集沉淀物。 配2L濃度為I X ICT2M的硝酸銀水溶液，將收集好的沉淀物快速分散在硝酸銀水溶液中，磁力攪拌速率為500rpm，持續(xù)攪拌24h，使氧化銀充分沉積在納米纖維上。再次離心收集好沉淀物，13000rpm下離心5min，離心后再用去離子水清洗3遍，在80°C下真空干燥12h。此時(shí)得到變成灰色的沉積有Ag2O納米晶的超強(qiáng)吸附納米纖維。將Img合成好的吸附劑添加到IL的NaI125水溶液中(濃度為IOOppm)，將此分散液在室溫下以IOOOrpm旋轉(zhuǎn)。30min后可完全吸附完碘離子，此時(shí)吸附劑顏色變?yōu)榈S色實(shí)施例212g 325目銳鈦礦二氧化鈦顆粒與160mL IOM NaOH水溶液互混，混合后的懸浮液用30W超聲30min，使其均勻分散。將超聲后的分散液倒入水熱反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，將水熱釜擰緊后放入烘箱，烘箱溫度調(diào)至150°C，反應(yīng)時(shí)間為48h。將水熱反應(yīng)后的沉淀收集后用蒸餾水反復(fù)洗滌，在80°C下烘箱直接干燥12h后得到白色的Na2Ti3O7的鈦酸鈉鹽納米管。將Ig鈦酸鈉鹽納米纖維與IL純水混合均勻,用0.1M的NaOH溶液滴定,使分散液的 pH 為 10.5。將堿化的分散液進(jìn)行離心，離心速率為12000rpm，離心時(shí)間為6min。倒去上清液，收集沉淀物。配IL濃度為I X ICT2M的硝酸銀水溶液，將收集好的沉淀物快速分散在硝酸銀水溶液中，磁力攪拌速率為lOOOrpm，持續(xù)攪拌24h，使氧化銀充分沉積在納米管上。再次離心收集好沉淀物，13000rpm下離心lOmin，離心后再用去離子水清洗3遍，在80°C下烘箱干燥12h。此時(shí)得到變成灰色的沉積有Ag2O納米晶的超強(qiáng)吸附納米管。將Img合成好的吸附劑添加到IL的NaI131水溶液中(濃度為200ppm)，將此分散液在室溫下以SOOrpm旋轉(zhuǎn)。30min后可完全吸附完放射性碘離子，此時(shí)吸附劑顏色變?yōu)榈S色。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種核廢水中1311-高效吸附劑的制備方法，其特征是，該方法包括以下步驟: 1)用濃NaOH溶液與TiO2顆?；旌希瑪嚢韬蟪暦稚⒕鶆?；所述的NaOH溶液的濃度為IOM所述的NaOH溶液與TiO2顆粒的混合質(zhì)量比例為55 60: 3 ； 2)用水熱反應(yīng)釜聚四氟乙烯內(nèi)襯分裝步驟I)中的混合物，進(jìn)行水熱反應(yīng)； 3)用蒸餾水洗滌步驟2)中反應(yīng)后的沉淀，清洗干凈后進(jìn)行干燥，得到納米吸附劑的基體鈦酸鈉鹽納米纖維或納米管； 4)用水分散步驟3)的產(chǎn)物，通過滴加稀NaOH水溶液將分散液的PH值調(diào)至11，將堿化后的基體通過離心收集；所述的稀NaOH水溶液的濃度為ImM IM ; 5)用硝酸銀水溶液浸泡步驟4)中的堿化后的基體，并劇烈攪拌； 6)對(duì)步驟5)處理后產(chǎn)物進(jìn)行離心，收集沉淀物后用水清洗干燥后即得到核廢水中131Γ的高效吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，步驟I)中所述的TiO2顆粒為325目的銳鈦礦TiO2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，步驟I)中所述的超聲分散是超聲功率為30W，分散時(shí)間為30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，步驟2)中所述的水熱條件為130 200°C，反應(yīng)時(shí)間是48h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，步驟3)中所述的干燥條件為80°C下的真空干燥或烘箱干燥，干燥時(shí)間為12h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，步驟4)中所述的吸附劑基體與水混合的質(zhì)量比例為1: 1000。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，步驟4)中所述的離心條件為5000 13000rpm,離心時(shí)間為 5min lOmin。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，步驟5)中所述的硝酸銀水溶液濃度為IX 10_2M堿化后的基體與硝酸銀水溶液的質(zhì)量比為1: 1000。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，步驟5)中所述的劇烈攪拌條件是300 IOOOrpm的磁力攪拌或機(jī)械攪拌,攪拌時(shí)間為24h。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，步驟6)中所述的離心條件為5000 13000rpm,離心時(shí)間為5min IOmin ;所述的干燥條件為80°C下的真空干燥或烘箱干燥，干燥時(shí)間為12h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種核廢水中131I-高效吸附劑的制備方法，該方法是先用水熱法合成鈦酸鈉鹽的納米管、納米纖維，經(jīng)摻雜固化納米氧化銀顆粒后，制得一種高效吸附劑，可快速高效吸附過濾核污染廢水，并可用于防治放射性物質(zhì)131I-及其他放射性碘同位素的擴(kuò)散，廣泛應(yīng)用于核事故應(yīng)急、核設(shè)施防護(hù)、醫(yī)療放射性廢水處理。1克這種新型吸附劑可以過濾凈化1噸的放射性廢水，對(duì)于放射性131I-含量低于200ppm的核廢水，均能將其中的放射性物質(zhì)131I-完全吸附固定，是一種具有定向選擇性功能的高效吸附材料。
文檔編號(hào)B01J20/06GK103170301SQ20121051304
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月24日
發(fā)明者楊東江, 佘希林, 李建江 申請(qǐng)人:青島大學(xué)