一种用于获取核素迁移参数的电迁移装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于环境与岩土工程技术领域，具体涉及一种用于获取核素迁移参数的电迁移装置及方法。电迁移装置包括设有工作电极(3)的阴极电解液槽(9)，设有对电极(4)的阳极电解液槽(10)，设有工作反馈电极(6)的源项槽(7)，设有参比电极(5)的接收槽(8)；源项槽(7)和接收槽(8)通过设置样品的第一样品夹持室(12)连通；阴极电解液槽(9)和源项槽(7)通过设置样品的第二样品夹持室(14)连通，阳极电解液槽(10)和接收槽(8)通过设置样品的第三样品夹持室(15)连通；工作电极(3)、对电极(4)、参比电极(5)和工作反馈电极(6)与电化学工作站(1)连接。本发明专利技术能够更好的揭示离子在电场作用下的迁移。

【技术实现步骤摘要】
一种用于获取核素迁移参数的电迁移装置及方法
本专利技术属于环境与岩土工程
，具体涉及一种用于获取核素迁移参数的电迁移装置及方法。
技术介绍
随着我国核军工生产、核电及放射性同位素应用等涉核行业的快速发展，大量的放射性废物随即产生。对这些放射性废物最终安全处置，是确保我国国民和环境安全、核工业可持续发展的必然要求。目前，包括美国、瑞典、芬兰、中国在内的多个国家普遍接受深地质处置是处理高放废物最现实可行、安全的方法。它是以核素的包容、阻滞为核心内容，以多重屏障(由工程屏障(废物固化体、包装材料以及缓冲回填材料)与天然屏障(处置库天然地质体)组成)为主要手段，以万年以上公众健康和环境保护为安全目标的系统工程。为处置库场址的选择、设计、建造及安全性平价提供科学依据，需要研究放射性核素在屏障材料及天然岩体中的吸附和扩散行为，获取其相应的迁移参数。用于处置库中的屏障材料和天然岩体具有渗透性低等特点，常规方法(如静态背向背扩散法、动态扩散池法)存在测量时间长、效率低、可能需要破坏样品等缺点，为了有效改进以上常规方法存在的缺点，急需开发快速、有效的方法用于获取核素迁移数据，电迁移方法可以加速这一过程。专利CN109813635A公开了基于电场贯穿扩散法测定核素在岩土介质中扩散系数的装置；专利CN109813634A公开了用于获取核素迁移参数的改进电迁移实验，增设盐桥结构和蠕动泵输运改进了样品所处的液态环境的稳定性，保证了溶液pH的稳定性。然而对于样品两端电压的稳定性和样品在实验过程中的电流变化没有考虑。电压作为核素迁移的重要推动力，其长期稳定对于实验过程至关重要，电流能够反映样品中离子运动和分布情况，能够深入了解示踪剂离子在电场下的传输功能。
技术实现思路
为有效解决电迁移装置中，样品两端电压不稳定和不能观测电流变化的不足，本专利技术的目的是提供一种耦合电化学工作站和电迁移技术的装置和用于加速获取核素迁移数据的方法。其基本原理是核素在恒定电压(电化学工作站保证)的驱动力下，会发生定向移动，其迁移速率比传统使用水压方式速度要快很多，对接收槽进行取样分析病绘制核素穿透曲线，可以获取核素在样品中的扩散系数。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是一种用于获取核素迁移参数的电迁移装置，其中，包括设有工作电极的阴极电解液槽，设有对电极的阳极电解液槽，设有工作反馈电极的源项槽，设有参比电极的接收槽；所述源项槽和所述接收槽通过用于设置样品的第一样品夹持室连通；所述阴极电解液槽和所述源项槽通过用于设置样品的第二样品夹持室连通，所述阳极电解液槽和所述接收槽通过用于设置样品的第三样品夹持室连通；所述工作电极、所述对电极、所述参比电极和所述工作反馈电极与电化学工作站连接。进一步，还包括盛放缓冲溶液的缓冲溶液槽；所述缓冲溶液槽通过第一管路和第二管路与所述阴极电解液槽连通，所述第二管路设有第一蠕动泵，所述缓冲溶液在所述第一蠕动泵的作用下沿所述第二管路由所述缓冲溶液槽流入所述阴极电解液槽，并沿所述第一管路返回所述缓冲溶液槽；所述缓冲溶液槽通过第三管路和第四管路与所述阳极电解液槽连通，所述第四管路设有第二蠕动泵，所述缓冲溶液在所述第二蠕动泵的作用下沿所述第四管路由所述缓冲溶液槽流入所述阳极电解液槽，并沿所述第三管路返回所述缓冲溶液槽。进一步，所述第一样品夹持室与所述源项槽和所述接收槽之间、所述第二样品夹持室与所述阴极电解液槽和所述源项槽之间、所述第三样品夹持室与所述接收槽和所述阳极电解液槽之间均使用环氧树脂密封，保证液体只能从所述样品流过，配合所述第一蠕动泵和所述第二蠕动泵，构成隔离槽-蠕动泵输送系统。进一步，所述源项槽、所述接收槽和所述缓冲溶液槽的材质为亚克力或者聚四氟乙烯或者亚克力和聚四氟乙烯的混合材料。本专利技术还提供使用如上所述的电迁移装置的一种用于获取核素迁移参数的方法，包括如下步骤：步骤S1，将所述样品设置在所述第一样品夹持室、所述第二样品夹持室和所述第三样品夹持室内；步骤S2，所述第一蠕动泵、所述源项槽、所述接收槽、所述阴极电解液槽、所述阳极电解液槽、所述第二蠕动泵、所述第一样品夹持室、所述缓冲溶液槽、所述第二样品夹持室、所述第三样品夹持室、所述第一管路、所述第二管路、所述第三管路和所述第四管路组装成所述电迁移装置；所述第一样品夹持室与所述源项槽和所述接收槽之间、所述第二样品夹持室与所述阴极电解液槽和所述源项槽之间、所述第三样品夹持室与所述接收槽和所述阳极电解液槽之间均使用环氧树脂密封，保证液体只能从所述样品流过；步骤S3，将所述源项槽、所述接收槽、所述阴极电解液槽和阳极电解液槽中注满背景电解液，并使用所述第一蠕动泵、所述第二蠕动泵将所述缓冲溶液槽中的所述缓冲溶液连续注入所述阴极电解液槽和阳极电解液槽中；将所述工作电极、所述对电极、所述参比电极和所述工作反馈电极分别插入所述阴极电解液槽、所述阳极电解液槽、所述接收槽和所述源项槽中；步骤S4，启动所述电化学工作站，设置一定电压后，从所述源项槽中抽出一定体积的所述背景电解液，并注入同体积的一定浓度的示踪剂；步骤S5，每隔特定时间，从所述接收槽中吸取1ml所述背景电解液，测试其中示踪剂的浓度，同时向所述接受槽中注入1ml的所述背景电解液。进一步，在所述步骤S1中，所述样品为花岗岩岩片、膨润土柱、黏土柱、黄土柱、蒙脱石柱、页岩或者凝灰岩；所述第一样品夹持室的所述样品的厚度为5mm-100mm，所述第二样品夹持室和所述第三样品夹持室的所述样品的厚度为10mm；所述样品与所述第一样品夹持室、所述第二样品夹持室和所述第三样品夹持室之间用环氧树脂密封，以保证液体只能从所述样品流过；所述第二样品夹持室和所述第三样品夹持室中的样品一致，所述第一样品夹持室中的样品与所述第二样品夹持室和所述第三样品夹持室中的样品一致或不一致；在所述步骤S3中，所述缓冲液的流速为50μL/min-50ml/min；所述源项槽、所述接收槽和所述缓冲溶液槽中的溶液要时刻保证在搅拌状态下，以保证溶液的均一性；保证溶液均一性的方式包括使用磁子或使用搅拌杆的磁力搅拌器，其转速为300-1000转/分钟；在所述步骤S4中，所述电化学工作站的电压设定为-10V至10V，从所述源项槽中抽出的所述背景电解液的体积为1-5ml，所述示踪剂为HTO、喹啉、Cs、Co2+、Se、I、Pu、Tc和Np中的一种或多种的混合物；所述示踪剂的浓度为10-6-1M；在所述步骤S5中，所述特定时间吸取背景电解液的操作是指每隔30min或60min取样一次。本专利技术的有益效果在于：1.使用恒定电压和浓差作为推动力，通过测定接收槽中核素的浓度变化，绘制穿透曲线，可在短时间内，不破化样品的情况下，准确方便获取核素迁移的参数。2.使用电化学工作站替代恒压稳定电源，能够有效控制样品两端的电压，保证两端电压的稳定，通过样品间的电流能够连续记录，加深对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于获取核素迁移参数的电迁移装置，其特征是：包括设有工作电极(3)的阴极电解液槽(9)，设有对电极(4)的阳极电解液槽(10)，设有工作反馈电极(6)的源项槽(7)，设有参比电极(5)的接收槽(8)；所述源项槽(7)和所述接收槽(8)通过用于设置样品的第一样品夹持室(12)连通；所述阴极电解液槽(9)和所述源项槽(7)通过用于设置样品的第二样品夹持室(14)连通，所述阳极电解液槽(10)和所述接收槽(8)通过用于设置样品的第三样品夹持室(15)连通；所述工作电极(3)、所述对电极(4)、所述参比电极(5)和所述工作反馈电极(6)与电化学工作站(1)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于获取核素迁移参数的电迁移装置，其特征是：包括设有工作电极(3)的阴极电解液槽(9)，设有对电极(4)的阳极电解液槽(10)，设有工作反馈电极(6)的源项槽(7)，设有参比电极(5)的接收槽(8)；所述源项槽(7)和所述接收槽(8)通过用于设置样品的第一样品夹持室(12)连通；所述阴极电解液槽(9)和所述源项槽(7)通过用于设置样品的第二样品夹持室(14)连通，所述阳极电解液槽(10)和所述接收槽(8)通过用于设置样品的第三样品夹持室(15)连通；所述工作电极(3)、所述对电极(4)、所述参比电极(5)和所述工作反馈电极(6)与电化学工作站(1)连接。


2.如权利要求1所述的电迁移装置，其特征是：
还包括盛放缓冲溶液的缓冲溶液槽(13)；
所述缓冲溶液槽(13)通过第一管路(16)和第二管路(17)与所述阴极电解液槽(9)连通，所述第二管路(17)设有第一蠕动泵(2)，所述缓冲溶液在所述第一蠕动泵(2)的作用下沿所述第二管路(17)由所述缓冲溶液槽(13)流入所述阴极电解液槽(9)，并沿所述第一管路(16)返回所述缓冲溶液槽(13)；
所述缓冲溶液槽(13)通过第三管路(18)和第四管路(19)与所述阳极电解液槽(10)连通，所述第四管路(19)设有第二蠕动泵(11)，所述缓冲溶液在所述第二蠕动泵(11)的作用下沿所述第四管路(19)由所述缓冲溶液槽(13)流入所述阳极电解液槽(10)，并沿所述第三管路(18)返回所述缓冲溶液槽(13)。


3.如权利要求1所述的电迁移装置，其特征是：所述第一样品夹持室(12)与所述源项槽(7)和所述接收槽(8)之间、所述第二样品夹持室(14)与所述阴极电解液槽(9)和所述源项槽(7)之间、所述第三样品夹持室(15)与所述接收槽(8)和所述阳极电解液槽(10)之间均使用环氧树脂密封，保证液体只能从所述样品流过，配合所述第一蠕动泵(2)和所述第二蠕动泵(11)，构成隔离槽-蠕动泵输送系统。


4.如权利要求2所述的电迁移装置，其特征是：所述源项槽(7)、所述接收槽(8)和所述缓冲溶液槽(13)的材质为亚克力或者聚四氟乙烯或者亚克力和聚四氟乙烯的混合材料。


5.一种使用如权利要求2所述的电迁移装置的用于获取核素迁移参数的方法，包括如下步骤：
步骤S1，将所述样品设置在所述第一样品夹持室(12)、所述第二样品夹持室(14)和所述第三样品夹持室(15)内；
步骤S2，所述第一蠕动泵(2)、所述源项槽(7)、所述接收槽(8)、所述阴极电解液槽(9)、所述阳极电解液槽(10)、所述第二蠕动泵(11)、所述第一样品夹持室(12)、所述缓冲溶液槽(13)、所述第二样品夹持室(14)、所述第三样品夹持室(15)、所述第一管路(16)、所述第二管路(17)、所...

【专利技术属性】
技术研发人员：方升，刘龙成，李晓东，孟硕，周舵，龙浩骑，鲜亮，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11