[發(fā)明專(zhuān)利]共聚合輔助內(nèi)凝膠法制備CeO2

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810813603.1
• 申請(qǐng)日: 2018-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109133920B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁學(xué)強(qiáng);馬景陶;趙興宇;郝少昌;鄧長(zhǎng)生;劉兵
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/50
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/50;C04B35/624;B01J13/02;C04B35/632;C04B35/634;B82Y30/00
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

本發(fā)明涉及陶瓷成型工藝領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化鈰微球及其制備方法和用途。包括：將檸檬酸鈰、六次甲基四胺、尿素、N,N?亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酸和過(guò)硫酸銨混合，以便得到前驅(qū)體溶液；將所述前驅(qū)體溶液分散到硅油當(dāng)中，以便得到凝膠球；將所述凝膠球進(jìn)行焙燒處理，以便得到二氧化鈰微球。通過(guò)本發(fā)明的方法制備得到的二氧化鈰陶瓷微球強(qiáng)度大，在洗滌過(guò)程中不會(huì)發(fā)生缺損或破碎，而且工藝簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境的破壞性小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陶瓷成型工藝領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化鈰陶瓷微球及其制備方法和用途，尤其涉及一種通過(guò)共聚合輔助內(nèi)凝膠法制備二氧化鈰微球的方法，以及通過(guò)該方法制備得到的二氧化鈰微球和用途。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)核能技術(shù)的發(fā)展，乏燃料的累積量將會(huì)逐漸增多，其中包含可循環(huán)使用的²³⁵U、²³⁸U、Pu、中短壽命的裂變產(chǎn)物、次錒系元素和長(zhǎng)壽命裂變產(chǎn)物。對(duì)乏燃料的潛在危害性分析表明，其遠(yuǎn)期風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自于Np、Am、Cm等次錒系元素和長(zhǎng)壽命裂變產(chǎn)物，需要經(jīng)過(guò)幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)年其放射水平才能降到天然鈾礦的水平，這就需要一種高效處理次錒系元素和長(zhǎng)壽命裂變產(chǎn)物的方法。自二十世紀(jì)九十年代初以來(lái)，一些先進(jìn)核能?chē)?guó)家已經(jīng)對(duì)加速器驅(qū)動(dòng)的次臨界系統(tǒng)(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)開(kāi)展了深入的研究，其安全性和嬗變核廢料的能力已經(jīng)獲得廣泛的國(guó)際認(rèn)可。研究表明，在含有U的次臨界系統(tǒng)的反應(yīng)堆堆芯中，U通過(guò)中子俘獲反應(yīng)以及衰變過(guò)程會(huì)轉(zhuǎn)換成次錒系元素等，進(jìn)而影響系統(tǒng)的嬗變效率。因此，為了提高系統(tǒng)的嬗變效率，無(wú)鈾的核燃料是核廢料嬗變系統(tǒng)的理想核燃料，這種核燃料使用時(shí)需要相應(yīng)的惰性基質(zhì)作為支撐材料。

Ce與Pu有相似的化學(xué)形式和熱穩(wěn)定性，二氧化鈰(CeO₂)能夠很好的模擬氧化钚，且其中子俘獲截面低，輻射條件下穩(wěn)定，使得二氧化鈰成為含Pu嬗變核燃料的惰性基質(zhì)的最佳材料之一。然而二氧化鈰微球材料的制備還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種通過(guò)共聚合輔助內(nèi)凝膠法制備二氧化鈰微球的方法，由該方法制備得到的二氧化鈰微球的強(qiáng)度大，而且在制備過(guò)程中不會(huì)發(fā)生缺損或者破碎，具有良好的性能，可以應(yīng)用于核能領(lǐng)域中。

本發(fā)明的發(fā)明人在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在制備獲得二氧化鈰陶瓷微球的過(guò)程中，常常面臨著繁瑣的洗滌工藝，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的無(wú)機(jī)廢液和有機(jī)廢液。為此，本發(fā)明的發(fā)明人創(chuàng)造性的發(fā)現(xiàn)了一種可以利用共聚合輔助內(nèi)凝膠法制備二氧化鈰陶瓷微球的方法，該方法在制備過(guò)程中加入聚合單體丙烯酸，對(duì)內(nèi)凝膠法中產(chǎn)生的脲醛樹(shù)脂進(jìn)行改性，減緩了脲醛樹(shù)脂在熱處理過(guò)程中的分解速率。前驅(qū)體溶液在凝膠成球后，凝膠球只需依次用三氯乙烯和丙二醇甲醚洗滌微球即可，明顯地減少了洗滌廢液的產(chǎn)生。而且微球中沒(méi)有被洗掉的有機(jī)物將通過(guò)兩步熱處理(先在Ar氣中熱處理，然后在空氣氣氛中熱處理)去除。

具體而言，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種制備二氧化鈰微球的方法，包括：將檸檬酸鈰、六次甲基四胺、尿素、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酸和過(guò)硫酸銨混合，以便得到前驅(qū)體溶液；將所述前驅(qū)體溶液分散到硅油當(dāng)中，以便得到凝膠球；將所述凝膠球進(jìn)行焙燒處理，以便得到二氧化鈰微球。

本發(fā)明通過(guò)將檸檬酸鈰、六次甲基四胺、尿素以及N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酸和過(guò)硫酸銨混合，一方面六次甲基四胺和尿素可以作為沉淀劑，可以使得檸檬酸鈰均勻凝膠，另一方面當(dāng)其分散到硅油中時(shí)，六次甲基四胺能快速水解生成氨和甲醛，甲醛和尿素發(fā)生縮合反應(yīng)，生成脲醛樹(shù)脂，使得凝膠球的粘合性更強(qiáng)，并起到支撐作用，避免了微球之間碰撞導(dǎo)致的球形度變差，再者丙烯酸在高溫下可以發(fā)生自聚，通過(guò)與脲醛樹(shù)脂發(fā)生交聯(lián)來(lái)改性脲醛樹(shù)脂在制備過(guò)程中加入聚合單體丙烯酸，對(duì)內(nèi)凝膠法中產(chǎn)生的脲醛樹(shù)脂進(jìn)行改性，減緩了脲醛樹(shù)脂在熱處理過(guò)程中的分解速率。通過(guò)本發(fā)明的方法制備得到的二氧化鈰微球強(qiáng)度大，粒徑均一，具有良好的性能。而且該方法工藝簡(jiǎn)單，大量減少了洗滌廢液的使用，降低了對(duì)于環(huán)境的破壞性。