[發明專利]一種放射性核素吸附材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910355020.3
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN110124641B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 徐樂瑾;郭煜;陳龍;楊雨佳
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B01J20/28
• 分類號: B01J20/28;B01J20/02;B01J20/30;C02F1/28;G21F9/12
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明屬于環保技術領域，并具體公開了一種放射性核素吸附材料及其制備方法和應用。所述制備方法包括：S11將粉煤灰加入到磷酸溶液中經超聲振蕩后離心分離；S12將活化粉煤灰與氧氯化鋯溶液、硫酸亞鐵溶液充分接觸反應，以生成層狀結構；S13用去離子水將粉煤灰微球洗至中性后進行離心分離，烘干，得到所述吸附材料。本發明還公開了相應的產品和應用。本發明對粉煤灰進行改性，并對活化后的粉煤灰進行進一步修飾處理，使得所制備的吸附材料顆粒直徑明顯增大，比表面積得到有效提高，可高效吸附放射性核素離子如Sr?90、Cs?137和Co?60，具有表面活性高、沉降性能好、易回收、體積小、方便儲存的特點。

技術領域

本發明屬于環保技術領域，更具體地，涉及一種放射性核素吸附材料及其制備方法和應用。

背景技術

放射性廢物的安全處理處置是當今世界面臨的重大環境問題之一。其中，Sr-90和Cs-137是核反應產生的裂變產物，其半衰期長，分別為28.79年和30.17年，屬于裂變產物中對人體危害較大的放射性核素。一旦在食物鏈中累積，進入人體后，可在人體肝臟、肺、腎臟和軟組織中積累，并且在人體新陳代謝過程中難以從體內排出。Sr-90與鈣的化學相似性，它易于沉積在骨骼上繼續照射周圍組織器官，最終發展為骨肉瘤、白血病等；Cs-137的生物行為與鉀相似，可被人體充分吸收并結合在細胞內，造成內照射。水體中的Co-60主要來自于核電站運行時產生的活化腐蝕產物，半衰期為5.27年，具有極強的輻射性，可導致活細胞基因突變，進入體內會引起很多嚴重的健康問題，如再生性障礙貧血癥、癱瘓、腹瀉、骨缺陷等。世界衛生組織國際癌癥研究機構將裂變產物(包括Sr-90)列入一類致癌物清單中，鈷被列入二類致癌物清單中；美國環境保護署(EPA)規定飲用水中Sr(II)的上限為4mg/L。

目前放射性廢水的主要處理技術有化學沉淀法、蒸發濃縮法、離子交換法、土壤滲濾、膜處理法、吸附法、氧化還原法、生物技術、植物修復等。其中，吸附法處理效率較高，處理較徹底，并且經濟效益較高。近年來，如何有效利用燃煤電廠產生的大量粉煤灰也成為了研究熱點。粉煤灰是煤炭燃燒后的產物，其主要氧化物組成為：SiO₂、A1₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O等，其具體化學成分含量因煤的產地、煤的燃燒方式和燃燒程度不同而有所不同。粉煤灰是晶體、玻璃體及少量未燃炭組成的一個復合結構的混合體，呈多孔型蜂窩狀組織，孔隙率高達50％～80％，比表面積較大(1180～6530cm²/g)，具有一定的吸附活性。周利民等人(ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY 2006年第26卷第6期)報道了粉煤灰對Cd(II)、Cu(II)、Pb(II)、Zn(II)的吸附性能。然而，核電站低放廢水成份復雜，未經處理的粉煤灰廢料很難對其中的放射性污染物進行有效分離。

研究表明，未經處理的粉煤灰，主要是Al₂O₃-SiO₂復鹽，其致密的玻璃體表面抑制了粉煤灰內部的化學活性。目前，常見的改性粉煤灰的方法主要是利用硫酸、鹽酸或二者混酸，以及氫氧化鈉、氫氧化鈉等堿性溶液對粉煤灰進行改性。這類改性方法主要是利用酸、堿腐蝕破壞粉煤灰表面由Al₂O₃-SiO₂復鹽所形成的玻璃網絡，經過酸、堿改性的粉煤灰，比表面積得到有效提高，從而增大了粉煤灰的表面活性。但是酸堿改性方法對粉煤灰與吸附質之間的化學鍵合性能改變不大，因此難以實現對放射性金屬離子的特異性吸附。

基于上述缺陷和不足，本領域亟需對現有的粉煤灰做出進一步的改性，以獲取一種新型粉煤灰復合吸附材料，并用于處理放射性廢水，以達到以廢治廢的目的。

發明內容