一种放射性核素吸附材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于环保技术领域，并具体公开了一种放射性核素吸附材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括：S11将粉煤灰加入到磷酸溶液中经超声振荡后离心分离；S12将活化粉煤灰与氧氯化锆溶液、硫酸亚铁溶液充分接触反应，以生成层状结构；S13用去离子水将粉煤灰微球洗至中性后进行离心分离，烘干，得到所述吸附材料。本发明专利技术还公开了相应的产品和应用。本发明专利技术对粉煤灰进行改性，并对活化后的粉煤灰进行进一步修饰处理，使得所制备的吸附材料颗粒直径明显增大，比表面积得到有效提高，可高效吸附放射性核素离子如Sr‑90、Cs‑137和Co‑60，具有表面活性高、沉降性能好、易回收、体积小、方便储存的特点。

A Radionuclide Adsorption Material and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种放射性核素吸附材料及其制备方法和应用
本专利技术属于环保
，更具体地，涉及一种放射性核素吸附材料及其制备方法和应用。
技术介绍
放射性废物的安全处理处置是当今世界面临的重大环境问题之一。其中，Sr-90和Cs-137是核反应产生的裂变产物，其半衰期长，分别为28.79年和30.17年，属于裂变产物中对人体危害较大的放射性核素。一旦在食物链中累积，进入人体后，可在人体肝脏、肺、肾脏和软组织中积累，并且在人体新陈代谢过程中难以从体内排出。Sr-90与钙的化学相似性，它易于沉积在骨骼上继续照射周围组织器官，最终发展为骨肉瘤、白血病等；Cs-137的生物行为与钾相似，可被人体充分吸收并结合在细胞内，造成内照射。水体中的Co-60主要来自于核电站运行时产生的活化腐蚀产物，半衰期为5.27年，具有极强的辐射性，可导致活细胞基因突变，进入体内会引起很多严重的健康问题，如再生性障碍贫血症、瘫痪、腹泻、骨缺陷等。世界卫生组织国际癌症研究机构将裂变产物(包括Sr-90)列入一类致癌物清单中，钴被列入二类致癌物清单中；美国环境保护署(EPA)规定饮用水中Sr(II)的上限为4mg/L。目前放射性废水的主要处理技术有化学沉淀法、蒸发浓缩法、离子交换法、土壤渗滤、膜处理法、吸附法、氧化还原法、生物技术、植物修复等。其中，吸附法处理效率较高，处理较彻底，并且经济效益较高。近年来，如何有效利用燃煤电厂产生的大量粉煤灰也成为了研究热点。粉煤灰是煤炭燃烧后的产物，其主要氧化物组成为：SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O等，其具体化学成分含量因煤的产地、煤的燃烧方式和燃烧程度不同而有所不同。粉煤灰是晶体、玻璃体及少量未燃炭组成的一个复合结构的混合体，呈多孔型蜂窝状组织，孔隙率高达50％～80％，比表面积较大(1180～6530cm2/g)，具有一定的吸附活性。周利民等人(ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY2006年第26卷第6期)报道了粉煤灰对Cd(II)、Cu(II)、Pb(II)、Zn(II)的吸附性能。然而，核电站低放废水成份复杂，未经处理的粉煤灰废料很难对其中的放射性污染物进行有效分离。研究表明，未经处理的粉煤灰，主要是Al2O3-SiO2复盐，其致密的玻璃体表面抑制了粉煤灰内部的化学活性。目前，常见的改性粉煤灰的方法主要是利用硫酸、盐酸或二者混酸，以及氢氧化钠、氢氧化钠等碱性溶液对粉煤灰进行改性。这类改性方法主要是利用酸、碱腐蚀破坏粉煤灰表面由Al2O3-SiO2复盐所形成的玻璃网络，经过酸、碱改性的粉煤灰，比表面积得到有效提高，从而增大了粉煤灰的表面活性。但是酸碱改性方法对粉煤灰与吸附质之间的化学键合性能改变不大，因此难以实现对放射性金属离子的特异性吸附。基于上述缺陷和不足，本领域亟需对现有的粉煤灰做出进一步的改性，以获取一种新型粉煤灰复合吸附材料，并用于处理放射性废水，以达到以废治废的目的。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种放射性核素吸附材料及其制备方法和应用，其对粉煤灰进行活化，并对活化后的粉煤灰进行进一步修饰处理，使得所制备的吸附材料颗粒直径明显增大，比表面积得到有效提高，可以高效去除放射性核素，具有表面活性高、沉降性能好、易回收、体积小、方便储存的特点。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种放射性核素吸附材料的制备方法，包括以下步骤：S11将粉煤灰加入到磷酸溶液中混合均匀，经超声振荡后进行离心分离，得到活化粉煤灰；S12将S11得到的活化粉煤灰与氧氯化锆溶液、硫酸亚铁溶液按一定体积比混合，充分接触反应后，得到表面具有层状结构的粉煤灰微球；S13用去离子水将S12得到的粉煤灰微球洗至中性后进行离心分离，取固体物质进行烘干，得到所述吸附材料。进一步的，步骤S11中，所述磷酸溶液的质量百分浓度为10％～80％，优选的，所述磷酸溶液的质量百分浓度为30％～60％，优选的，所述磷酸溶液的质量百分浓度为45％。进一步的，步骤S11中，所述磷酸溶液与粉煤灰的质量比为10:1～30:1，优选的，所述磷酸溶液与粉煤灰的质量比为15:1～25:1，优选的，所述磷酸溶液与粉煤灰的质量比为20:1。进一步的，步骤S12中，活化粉煤灰、氧氯化锆、硫酸亚铁按照如下质量份数配比：固体材料2～20份，氧氯化锆0.8～16份，硫酸亚铁0.7～14份。进一步的，步骤S12中，所述层状结构为磷酸锆、磷酸亚铁、磷酸铁、硫酸亚铁中的一种或多种。进一步的，步骤S12中，所述接触反应的时间为12～48h，优选的，所述接触反应的时间为24～36h。进一步的，步骤S13中，所述烘干时所采用的温度为50℃～70℃。按照本专利技术的另一个方面，提供一种放射性核素吸附材料，采用上述的制备方法制备得到。按照本专利技术的另一个方面，提供一种放射性核素吸附材料在处理放射性废水中的应用，包括以下步骤：S21将放射性废水的pH值调整至4～9；S22将所述吸附材料与放射性废水在一定恒定温度下振荡，使得所述放射性废水中的放射性核素Sr-90、Cs-137或Co-60与所述吸附材料进行吸附反应。进一步的，步骤S22中，所述吸附材料与放射性废水中放射性核素的质量比为10:1～200：1，所述温度为15～60℃，所述吸附反应的时间为12～24h。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术结合粉煤灰自身比表面积较大、具备一定吸附活性的特征，相应的采用磷酸对粉煤灰进行进一步活化，同时采用氧氯化锆溶液、硫酸亚铁溶液对活化后的粉煤灰进行进一步修饰处理，使得所制备的吸附材料表面形成细小层片，且改性后粉煤灰球体颗粒直径明显增大，比表面积得到有效提高，可以高效去除放射性核素，具有表面活性高、沉降性能好、易回收、体积小、方便储存的特点，因而尤其适用于对放射性核素离子如Sr-90、Cs-137和Co-60的吸附。2.本专利技术中磷酸溶液的质量百分浓度为10％～80％，且，磷酸溶液与粉煤灰的质量比为10:1～30:1，使得磷酸溶液能够充分与粉煤灰反应，用于打破粉煤灰中Al2O3-SiO2复盐中的Si-Al键，起到活化粉煤灰的作用，其较大的比表面积通过分子间作用力对Sr2+、Cs+和Co2+核素离子进行吸附。3.本专利技术中，活化粉煤灰、氧氯化锆、硫酸亚铁按照如下质量份数配比：固体材料2～20份，氧氯化锆0.8～16份，硫酸亚铁0.7～14份，使得活化后的粉煤灰表面形成细小层片结构，生成的层状结构(如磷酸锆、磷酸亚铁、磷酸铁、硫酸亚铁)呈层状生长，最终包裹在粉煤灰颗粒表面，最终改性后粉煤灰球体颗粒直径明显增大，比表面积得到有效提高。4.本专利技术提供的放射性核素吸附材料，对放射性核素的吸附作用包括物理吸附、化学吸附、离子交换吸附和吸附-絮凝沉淀协同作用，其中物理吸附是指粉煤灰利用其较大的比表面积通过分子间作用力对Sr2+、Cs+和Co2+核素离子进行吸附；化学吸附是指经磷酸活化的粉煤灰中存在大量的活性Si-O-Si和Al-O-Al键，能够对极性的Sr2+、Cs+和Co2+产生化学键吸附；而复合在粉煤灰上的磷酸锆可以通过离子交换的方式吸附去除水体中的放射性离子，主本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种放射性核素吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S11将粉煤灰加入到磷酸溶液中混合均匀，经超声振荡后进行离心分离，得到活化粉煤灰；S12将S11得到的活化粉煤灰与氧氯化锆溶液、硫酸亚铁溶液按一定体积比混合，充分接触反应后，得到表面具有层状结构的粉煤灰微球；S13用去离子水将S12得到的粉煤灰微球洗至中性后进行离心分离，取固体物质进行烘干，得到所述吸附材料。

【技术特征摘要】
1.一种放射性核素吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S11将粉煤灰加入到磷酸溶液中混合均匀，经超声振荡后进行离心分离，得到活化粉煤灰；S12将S11得到的活化粉煤灰与氧氯化锆溶液、硫酸亚铁溶液按一定体积比混合，充分接触反应后，得到表面具有层状结构的粉煤灰微球；S13用去离子水将S12得到的粉煤灰微球洗至中性后进行离心分离，取固体物质进行烘干，得到所述吸附材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S11中，所述磷酸溶液的质量百分浓度为10％～80％，优选的，所述磷酸溶液的质量百分浓度为30％～60％，优选的，所述磷酸溶液的质量百分浓度为45％。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S11中，所述磷酸溶液与粉煤灰的质量比为10:1～30:1，优选的，所述磷酸溶液与粉煤灰的质量比为15:1～25:1，优选的，所述磷酸溶液与粉煤灰的质量比为20:1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S12中，活化粉煤灰、氧氯化锆、硫酸亚铁按照如下质量份数配比：固体材料2～20份，氧氯化锆0.8～16...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐乐瑾，郭煜，陈龙，杨雨佳，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42