一种电协同湿法氧化快速降解核级废树脂的方法技术

本发明专利技术涉及一种电协同湿法氧化快速降解核级废树脂的方法。采用本发明专利技术所提供的方法，可以利用电流和湿法氧化试剂的协同作用，实现核级废树脂的快速无机化。本发明专利技术提供的方法不仅提高了废树脂降解的处理效率，缩短了反应时间，还可以有效提高催化剂的循环效率和氧化剂的利用率，进而降低催化剂和氧化剂的使用量，降低成本。同时，采用本发明专利技术提供的方法降解后的放射性核素几乎全部都截留在残液和冷凝液中，能够有效防止废树脂中核素的迁移扩散；产生的废气符合放射性废气的排放要求，可以直接排放，提高了后续处置过程的安全稳定性，降低了废树脂的处置成本。此外，本发明专利技术工艺流程简单，反应装置结构简单，加工方便，便于推广和应用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种电协同湿法氧化快速降解核级废树脂的方法


[0001]本专利技术属于放射性固废处理
，具体涉及一种电协同湿法氧化快速降解核级废树脂的方法。

技术介绍

[0002]核生产与科研过程中不可避免地产生各种类型的低、中水平放射性废物。目前核电站等核设施在废水处理过程中广泛采用核级树脂吸附放射性废液中的核素，这些树脂由于其放射性不能被重复利用，成为放射性废树脂。早期军工核设施在生产和后处理过程中已经产生一定量的放射性废树脂；另外核电运行将会产生大量的放射性废树脂，随着核电厂放射性废水处理系统的改进，预计放射性废树脂的产生量将明显增大。
[0003]废树脂作为一种特殊的废物流，其处理一直是放射性废物管理的难点和热点之一。目前，国内主要用水泥固化工艺处理废树脂，然而废树脂经水泥固化处理后存在废物体积增容和形成固化体的长期安全稳定性不足等缺点。这样的处理方式不利于放射性废物的长期处理与处置，也不符合国际原子能机构(IAEA)提出的核废物处理和处置最小化原则。因此，放射性废树脂的安全处理处置已经成为核工业发展亟需解决的关键技术问题之一。
[0004]放射性废树脂的常用处理方式主要有：水泥固化、高整体性容器法 (HIC法)、焚烧法、微生物转化法、热态超级压缩法、湿法氧化法等。
[0005]水泥固化法是目前核电站处理放射性废树脂的常用方法，该方法是将废树脂、水泥、石灰、水、外加剂等搅拌均匀混合，一定条件下养护形成固化体。使用水泥固化法处理废树脂时存在包容量低，增加废物总体积，核素浸出率高，固化体遇水浸泡发生龟裂等问题。
[0006]HIC法是将废树脂通过加热等方式脱水，然后装在强度高、化学稳定性和热稳定性高的容器中，HIC可以直接处置废树脂，不需固化处理。但是用这种方法处置废树脂无法实现长期的稳定性(在长期处置的过程中废树脂会相互辐照受热分解)。
[0007]焚烧法即利用焚烧炉将少量废树脂与其它可燃废物一起焚烧，使废树脂无机化。焚烧法最大的优势在于处理效率高，具有很高的减重倍数和减容比(减容比可达7:1甚至更高)，缺点是焚烧产生的尾气成分复杂，灰烬具有放射性，焚烧灰处理难度也较大，同时需要限制挥发性核素和一些有害气体的释放(如Cs
‑
137，H
‑
3，二噁英，SO2，氮氧化合物)等，因此工艺复杂，设备的建设和维护成本较高。
[0008]微生物转化法即利用微生物降解废树脂，由芬兰Loviisa核电站在20 世纪80年代初开始实验室研究，1988年开始废树脂微生物处理的中试试验。由于微生物与核素的反应机理非常复杂，涉及微生物培养和耐辐射能力等问题，不易选择合适的微生物和培养条件，至今未能在工业中得到应用。
[0009]热态超级压缩法先将废树脂加热脱水后，然后在加热状态下用超级压实机将废树脂压缩为饼状，装入钢桶用水泥固化。此方法需要超级压实机和加热脱水装置，中间过程产生的废液和废气需要处置。
[0010]湿法氧化工艺是使用湿法氧化试剂(H2O2‑
Fe
2+
)在一定条件下氧化分解废树脂，残
留液浓缩后固化处理。该方法具有反应温度较低(100℃左右)，常压反应，不产生腐蚀性气体，尾气几乎不含有放射性核素，可以有效地将有机废树脂氧化为有机小分子甚至无机物的优势。但是专利技术人发现，湿法氧化技术降解废树树脂仍然存在以下问题：
[0011]①
降解速率慢，美国橡树岭国家实验室的废树脂降解时间为9～10小时，中国台湾为8小时，有研究表明湿法氧化试剂在温度为96℃，初始pH为 2的条件下，降解树脂的反应时间在3小时左右。
[0012]②
反应过程中产生大量泡沫(常见阴树脂的湿法氧化降解)，泡沫产生的原因主要是树脂在反应过程中释放出了大量的二氧化碳和氧气，同时由于树脂的溶解增加了水的粘度，液相流动性变差，从而阻碍了气泡的破裂。因此，在树脂湿法氧化过程中会产生大量的泡沫，不仅影响了树脂降解的效率，同时增加核素溢出的风险。
[0013]因此，有必要开发一种电协同湿法氧化快速降解核级废树脂的方法，以加快废树脂的处理速度，同时提高过氧化氢利用率，减少双氧水的使用量，从而减少废液的产生。

技术实现思路

[0014]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种电协同湿法氧化快速降解核级废树脂的方法，以快速降解核生产和科研过程中产生的放射性废树脂，缩短反应时间，提高废树脂的处理效率，同时提高催化剂的循环效率和过氧化氢利用率，降低成本。
[0015]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种电协同湿法氧化快速降解核级废树脂的方法，所述方法包括如下步骤：
[0016]S1、预处理废树脂：浓硫酸、去离子水混合后，再与废树脂混合得到废树脂混合物，将所述废树脂混合物调节好pH值后加入反应釜；向反应釜中加入Fe
2+
催化剂并搅拌、加热，得到预处理的废树脂；
[0017]S2、降解废树脂：向反应釜中滴加双氧水，接通反应釜中预置的阴极、阳极所连接的直流电源，打开与反应釜连接的回流冷凝器的冷却水循环，继续搅拌并加热降解废树脂，直至反应釜中残液COD降到500mg/L以下。
[0018]进一步，所述降解废树脂步骤包括如下步骤：
[0019]S21、溶解废树脂：双氧水在电流和Fe
2+
催化剂的协同作用下发生如下反应：
[0020]H2O2+Fe
2+
+H
+
→
Fe
3+
+H2O+
·
OH。
[0021]·
OH+H2O2→
H2O+HO2·
[0022]·
OH+Fe
2+
→
Fe
3+
+HO
‑
[0023]Fe
3+
+HO2·
→
Fe
2+
+O2H
+
[0024]在阴极上：Fe
3+
+e
‑
→
Fe
2+
[0025]在阳极上：H2O
→
·
OH
[0026]在双氧水与Fe
2+
组成的湿法氧化试剂和电流的作用下，废树脂先焦化变黑，然后溶解；
[0027]S22、溶解后继续降解废树脂：向反应釜中滴加消泡剂至起泡现象消失，同时继续降解废树脂至所述残液COD降到500mg/L以下。
[0028]进一步，所述Fe
2+
催化剂为FeSO4·
7H2O，所述FeSO4·
7H2O与废树脂的质量比为1:15～30；
[0029]所述浓硫酸、FeSO4·
7H2O、去离子水的质量比为1:0.5:20～1:2:50。
[0030]进一步，所述预处理废树脂步骤和所述降解废树脂步骤的温度控制在 70～120℃；
[0031]所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电协同湿法氧化快速降解核级废树脂的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：S1、预处理废树脂：浓硫酸、去离子水混合后，再与废树脂混合得到废树脂混合物，将所述废树脂混合物调节好pH值后加入反应釜；向反应釜中加入Fe
2+
催化剂并搅拌、加热，得到预处理的废树脂；S2、降解废树脂：向反应釜中滴加双氧水，接通反应釜中预置的阴极、阳极所连接的直流电源，打开与反应釜连接的回流冷凝器的冷却水循环，继续搅拌并加热降解废树脂，直至反应釜中残液COD降到500mg/L以下。2.根据权利要求1所述的一种电协同湿法氧化快速降解核级废树脂的方法，其特征在于：所述降解废树脂步骤包括如下步骤：S21、溶解废树脂：双氧水在电流和Fe
2+
催化剂的协同作用下发生如下反应：H2O2+Fe
2+
+H
+
→
Fe
3+
+H2O+
·
OH。
·
OH+H2O2→
H2O+HO2··
OH+Fe
2+
→
Fe
3+
+HO
‑
Fe
3+
+HO2·
→
Fe
2+
+O2H
+
在阴极上：Fe
3+
+e
‑
→
Fe
2+
在阳极上：H2O
→
·
OH在双氧水与Fe
2+
组成的湿法氧化试剂和电流的作用下，废树脂先焦化变黑，然后溶解；S22、溶解后继续降解废树脂：向反应釜中滴加消泡剂至起泡现象消失，同时继续降解废树脂至所述残液COD降到500mg/L以下。3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭喜良，秦翔，冯文东，薛海龙，闫晓俊，柳兆峰，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：