一种氧化去污凝胶及其制备方法与用途技术

本发明专利技术属于放射性去污技术领域，涉及一种氧化去污凝胶及其制备方法与用途。所述的氧化去污凝胶按重量百分比含有：5‑15％的作为凝胶骨架材料的凝胶基材，5‑10％的表面活性剂，0.5‑5％的触变倍增剂，3‑20％的强氧化剂，3‑20％的酸，1‑5％的改性剂，25‑82.5％的水。利用本发明专利技术的氧化去污凝胶及其制备方法与用途，能够更好的制备氧化去污凝胶，制备得到的氧化去污凝胶为第二代放射性污染金属去污用氧化凝胶，能够在去污完成后无需用水冲洗，残留氧化去污凝胶即可自行干燥龟裂，并方便用毛刷清扫，或者采用吸尘器抽吸收集，从而在去污中不产生液体二次废物，更适合现场去污使用。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化去污凝胶及其制备方法与用途
本专利技术属于放射性去污
，涉及一种氧化去污凝胶及其制备方法与用途。
技术介绍
我国核工业经过几十年的发展，产生了数量巨大的放射性污染金属。对放射性污染金属进行深层次去污，降低其表面污染水平，有助于减少污染金属量，同时可保护辐射工作人员，使其受到更少的照射。氧化性物质对金属具有腐蚀作用，因此在放射性去污领域，可利用强氧化性物质，对金属表面进行腐蚀，从而实现放射性物质的去除。为此常用的氧化性物质包括高价态银离子，高价态铈离子，以及高价态钴离子。常用的氧化性去污手段，均是将高价态离子与酸混合，以液态酸作为载体，采用喷淋、浸泡等手段，对金属进行去污。但液态去污会产生较多的二次液态废物。凝胶是一种具有良好触变性的非牛顿流体，在剪切力作用下其表观粘度减小，剪切力撤除后，表观粘度又迅速升高。并且，无机凝胶的上述性能不会被强酸强碱及强氧化剂破坏。第一代放射性污染金属去污用氧化凝胶将强氧化剂与酸的混合物，引入到上述无机凝胶中，可将强氧化剂对金属的腐蚀性能与无机凝胶优秀的流变学性能相结合，形成氧化去污凝胶。氧化去污凝胶可以被喷涂或刷涂至待去污金属表面，完成去污后仅用少量水冲洗，即可收集残留的氧化去污凝胶，大大降低了二次废液的数量。
技术实现思路
本专利技术的首要目的是提供一种氧化去污凝胶，其为第二代放射性污染金属去污用氧化凝胶，能够在去污完成后无需用水冲洗，残留氧化去污凝胶即可自行干燥龟裂，并方便用毛刷清扫，或者采用吸尘器抽吸收集，从而在去污中不产生液体二次废物，更适合现场去污使用。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种氧化去污凝胶，所述的氧化去污凝胶按重量百分比含有：5-15％的作为凝胶骨架材料的凝胶基材，5-10％的表面活性剂，0.5-5％的触变倍增剂，3-20％的强氧化剂，3-20％的酸，1-5％的改性剂，25-82.5％的水。本专利技术的相关原理如下：本专利技术的氧化去污凝胶以无机凝胶为载体，以强氧化剂为有效腐蚀去污物质。该氧化去污凝胶可通过喷涂或刷涂方式涂覆于金属表面，凝胶载体的触变性使其在立面和顶面都不会流挂，而其中的强氧化剂与金属反应，将金属材料及其表面或浅层的放射性核素一并腐蚀溶解到氧化去污凝胶中，待其干燥后收集，即可完成去污。本专利技术的研究、筛选过程如下。(一)凝胶改性材料的初步选择结果1、凝胶干燥本专利技术所研究的氧化去污凝胶是以气相二氧化硅为骨架形成的凝胶，其干燥过程按照凝胶干燥理论，可分为三个干燥阶段，依次为恒速干燥阶段，第一减速干燥阶段和第二减速干燥阶段，如图1所示。恒速干燥阶段主要是凝胶骨架网络内的自由水进行蒸发，与凝胶内部结构及毛细张力等相关性不大，近似于纯水挥发，因而这个阶段蒸发速率几乎无差别。随着凝胶中水分的蒸发，凝胶的体积产生收缩；随着液体的不断蒸发，大量的弯月液面在凝胶孔中形成，毛细作用将颗粒压向一起，如图2所示。毛细收缩作用使颗粒挤压，将凝胶孔中的液相通道孔径压缩，这种作用在将孔道内的液相挤压出孔道的同时，也会导致液相通道变小，传质阻力增大，液相被束缚在较小的孔隙内，从而使第一减速干燥阶段和第二减速干燥阶段干燥速度大大降低。根据以上干燥过程及微观分析，氧化去污凝胶干燥速率提升主要须通过提高后两个干燥阶段的干燥速率，可能通过两种方法来实现。第一是采用合适孔径(比表面积)的气相二氧化硅作为凝胶触变剂，增加大粒径二氧化硅的方式来改善骨架结构，增加大毛细孔的比例，从而改善干燥性能。第二是在凝胶干燥过程中加入一定粒径尺度的粒子，使之可以在凝胶干燥过程中作为凝胶网络的支点，使网络间隙均匀，同时还可以增加凝胶骨架的强度，更好的抵抗毛细管力的作用，避免干燥过程中毛细管力作用过早将凝胶网络孔道挤压封闭，缩短干燥周期。根据以上分析，为了提高氧化去污凝胶干燥速度，可通过增强凝胶骨架结构，使微观结构对水分子运动扩散的阻力减小，从而降低干燥耗能，加速干燥。2、粘连理论粘结是指同质或异质物体表面用胶粘剂连接在一起，粘结力的产生包括粘结剂与被粘物之间的物理作用、化学作用和机械作用。从已有腐蚀前后不锈钢表面的显微照片可以看出，不锈钢表面腐蚀前表面形貌均匀，晶粒间隙较小；经氧化去污凝胶腐蚀后，晶粒间隙明显变大，深度较腐蚀前加深。因此，推测氧化去污凝胶去污干燥后与金属基材的粘结以机械粘结为主，其本质是二氧化硅骨架结构深入到基材表面的沟壑缝隙中，形成钩连或镶嵌，从而形成粘结，导致干燥后的凝胶难以从去污表面剥落。但氧化去污凝胶去污过程，正是因为骨架结构裹挟水性去污剂与基材表面充分浸润接触，对基材表面进行氧化溶解并使之脱离基材，才可以实现较好去污。想要实现氧化去污凝胶在湿的状态下对基材较好的浸润和接触，在干燥状态下易于剥离，可利用的方法只有减小干燥过程中氧化去污凝胶产生的龟裂碎块尺度，从而减小龟裂干凝胶碎块与基材的机械结合力，这样更易将凝胶从去污表面较完整的剥离。3、改性材料的初步选择及结果分析(1)初步选择结果从以上分析结果和改性材料选择原则，思路应是在氧化去污凝胶中加入无机纤维类或其他无机层状类物质，期望改性材料在凝胶体系中起到对二氧化硅骨架材料的支持，以提高干燥速度，并且辅助氧化去污凝胶干燥后自身结块，容易剥离。选择不同尺度的100目、800目、1500目玻璃纤维，1500目高岭土，沉淀硫酸钡作为改性材料，分别用氧化去污凝胶重量用量的1％，3％，5％作为添加量，在恒温恒湿箱中温度30℃、湿度50％条件下，干燥72h，干燥后用软毛刷进行收集，根据干燥及收集情况，初步选择改性材料。表1为初步选择试验的情况，其中，氧化去污凝胶的基础配方为：凝胶基材硅酸镁锂，所占质量百分比按改性后的氧化去污凝胶计为9％；表面活性剂AT904，所占质量百分比按改性后的氧化去污凝胶计为5％；触变倍增剂Y1010，所占质量百分比按改性后的氧化去污凝胶计为1％；强氧化剂硝酸铈铵，所占质量百分比按改性后的氧化去污凝胶计为12％；硝酸，所占质量百分比按改性后的氧化去污凝胶计为15％。表1初步选择试验改性氧化去污凝胶干燥剥离情况从表1结果看，各配方氧化去污凝胶都完成了干燥。在所有初选的配方中，添加1％玻璃纤维(1500目)，3％高岭土(1500目)时，剥离效果最佳，应用这两个配方进行进一步验证试验。(2)干燥性能试验用添加1％玻璃纤维(1500目)，3％高岭土(1500目)的配方与原配方氧化去污凝胶进行干燥性能试验，在30℃、50％湿度条件下，做干燥过程的累积失水率曲线，结果如图3。从图3的干燥时间与累积失水率变化图可以看出，添加改性材料后，氧化去污凝胶干燥速度及最终干燥程度均有一定提升。开始干燥至5小时左右为恒速干燥阶段，此阶段干燥速度基本相同；约5小时至约25小时为减速干燥阶段，之后为慢速干燥阶段，这与前述凝胶干燥过程的三阶段基本相符。进入第一减速干燥阶段后，凝胶网络内仍存有部分受网络束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化去污凝胶，其特征在于，所述的氧化去污凝胶按重量百分比含有：5-15％的作为凝胶骨架材料的凝胶基材，5-10％的表面活性剂，0.5-5％的触变倍增剂，3-20％的强氧化剂，3-20％的酸，1-5％的改性剂，25-82.5％的水。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化去污凝胶，其特征在于，所述的氧化去污凝胶按重量百分比含有：5-15％的作为凝胶骨架材料的凝胶基材，5-10％的表面活性剂，0.5-5％的触变倍增剂，3-20％的强氧化剂，3-20％的酸，1-5％的改性剂，25-82.5％的水。


2.根据权利要求1所述的氧化去污凝胶，其特征在于：
所述的凝胶基材选自硅酸镁锂、氧化钙或二氧化硅中的一种或多种的组合；
所述的表面活性剂选自CH3(CH2)5(OCH2CH2)2OH、AT904或烷基二苯醚二磺酸盐中的一种或多种的组合；
所述的触变倍增剂选自Y1010、T2-815或氢化蓖麻油中的一种或多种的组合。


3.根据权利要求1所述的氧化去污凝胶，其特征在于：所述的强氧化剂选自三氯化六氨合钴、硝酸铈铵或氯化二氨合银中的一种或多种的组合。


4.根据权利要求1所述的氧化去污凝胶，其特征在于：所述的酸选自硝酸和/或盐酸。


5.根据权利要求1所述的氧化去污凝胶，其特征在于：所述的改性剂选自高岭土、纳米玻璃纤维、硫酸钡中的一种或多种的组合。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张文俊，梁栋，王永仙，郭丽潇，梁宇，邓少刚，武明亮，刘东，高亚华，张宇航，高志婷，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：山西;14