[發明專利]一種復合離子交換劑、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 201911328785.4
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111135875A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 李繼龍;孫海燕;馮美玲;黃小滎
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: B01J39/16
• 分類號: B01J39/16;B01J39/18;B01J39/20;G21F9/12
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 張瑩;王聰

本申請公開了一種復合離子交換劑，包括含[Sn₃S₇]_n^2n?陰離子骨架的層狀硫化物材料和聚合物。并公開了該復合離子交換劑的制備方法，將含[Sn₃S₇]_n^2n?陰離子層狀骨架的硫化物材料和聚合物混合，加熱，得到混合溶液；將所述混合溶液滴入水中，凝聚成球，清洗后干燥，即得到所述復合離子交換劑。該制備方法具有簡單、易于操作、原料廉價易得、成本低、吸附效果好等優點。所述復合離子交換劑吸附Cs⁺和/或Sr²⁺離子具有快速的動力學響應、高的吸附容量、高的選擇性、寬的pH活性范圍和易洗脫的優勢，對于回收水環境中高放射性元素和治理放射性污染具有十分重要的意義。

技術領域

本發明屬于材料制備和放射性廢液處理領域，涉及一種廉價易得的復合離子交換劑及其高效去除和回收水中放射性銫/鍶元素的方法。

背景技術

能源與環境一直是當今社會發展的兩大主題。化石能源具有不可再生性，且在利用過程中產生了一系列環境問題。隨著全球化石能源的日益枯竭，人們逐漸將關注的重點放在了核能等高效、清潔的新能源上。而核電站及其它核能源設施在運行過程中會產生大量的放射性廢液(Environ.Sci.Technol.,2014,48,10716-10724；J.Mater.Chem.A,2014,2,10007-10021.)，如果處理不當會給環境帶來嚴重的放射性污染，對人類的生存和發展產生巨大的威脅(輻射防護,2013,33,269-274)。這類污染往往持續周期長，處理難度大，所造成污染后果嚴重，因此對其處理措施提出了較高的要求。在非錒系高釋熱裂變產物中，最危險的是銫(¹³⁷Cs)和鍶(⁹⁰Sr)，它們的半衰期較長(¹³⁷Cs：t_1/2＝30.17a；⁹⁰Sr：t_1/2＝28.5a)，是核廢液中β和γ射線的主要放射源，且具有很強的生物毒性(核科學與工程,1994,14,86-92)，在核廢液中放射性核素常以陰、陽離子的形式存在。Cs⁺和Sr²⁺離子在環境中具有極強的遷移能力，從放射性廢液中有效吸附它們是一項難度相當大的工作。研究¹³⁷Cs和⁹⁰Sr的有效富集、去除和回收，對解決核廢液污染等問題至關重要，對人類健康、環境保護和能源循環利用都具有十分重要的意義。

目前，含Cs⁺和/或Sr²⁺離子廢液的處理方法主要有蒸發、沉淀法、溶劑萃取、吸附、離子交換法等(J.Radioanal.Nucl.Ch.,1993,170,321-331)，其中離子交換法具有操作便捷、低成本、高效等特點。常用的離子交換劑可以分為有機離子交換劑以及無機離子交換劑。常用的有機離子交換劑為離子交換樹脂，其在處理高含鹽量廢液時選擇性低同時在極端條件下易發生分解(輻射防護通訊,2008,28,9-13)，傳統的無機離子交換劑如雜多酸鹽，金屬亞鐵氰化合物，鈦硅酸鹽等具有耐熱耐輻照、與環境相容性好的特點，同時由于晶態無機物中擁有更加均一的離子交換位置，從而對Cs⁺和/或Sr²⁺離子具有顯著的優異選擇性(Radiochim.Acta,1999,86,65-70)，但是傳統的無機離子交換劑易受高鹽、強酸性環境的影響，機械強度差，不適用于離子交換柱，適用的條件范圍有限(Appl.Clay Sci.,2009,45,111-116)，因此亟需發展一種可以高效、高選擇性提取和分離放射性¹³⁷Cs和⁹⁰Sr且易于操作的新型材料。