【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光热材料制备及其应用领域，涉及一种用于放射性蒸发池的吸附蒸发器、亲水性光热气凝胶及制备方法。
技术介绍
1、铀矿开采提取和加工过程会产生大量的含铀、铯等废水，这些废水主要是通过使用酸对地底矿石进行溶解浸取泵送到地后，经过过滤、离子交换、沉淀分离后的母液得到的。该放射性废水通常需要转移至占地面积很大的天然蒸发池中自然蒸发，从而形成高浓度废液进行后续处理。目前在核工业领域中自然蒸发受季节、光照、风速等环境因素比如气温高低、降雨量多少等限制，水体的太阳光吸收差从根本上限制了该技术的广泛应用。因此，在废水的水质条件与环境条件双重影响下，放射性废水自然蒸发池的稳定运行面临巨大挑战。蒸发池中的强酸对蒸发池壁具有一定程度的腐蚀从而扩散至地下，废水外溢风险对当地环境、生物均存在危害，此外放射性离子在水中并无物理化学作用力，容易在水蒸发的过程中以水分子簇的形式逃逸到大气中。因此，加速水体蒸发有望缓解放射性废水自然蒸发池对土壤、水、空气危害，对核工业领域具有重要的绿色环保意义。
2、太阳能界面太阳能蒸发是一种新兴的方法，有针对性的设计太阳能蒸发装置可以将照射到材料表面的太阳光转化为热量，该热量可被用于海水脱盐淡化等领域，已取得良好的效果。因此，设计一种光热蒸发器，蒸发方式由原来的太阳光直接加热水体蒸发，改进为光热蒸发器受热蒸发，相比于水体，光热材料对太阳能具有广泛吸收与高效光热转换；其次，光热蒸发器中材料内部具有丰富的有机基团与物理结合位点，可为放射性离子的吸附提供先决条件，减少离子在大气中的排放；最后利用该蒸发器设计的蒸
3、气凝胶材料内部具有大量化学物理吸附位点，已被研究证实为一种性能优异的吸附材料。针对上述放射状废水天然蒸发池的弊端，有针对性的设计一种负载光热填料的气凝胶蒸发器，电纺丝纳米纤维制备的气凝胶，在宏观结构上相比于溶胶凝胶气凝胶具有更高的孔隙率，从而具有更高的含水量，在微观结构上光热填料与纤维化学基团对放射性离子具有配位螯合作用，使得放射性废水在具备快蒸发速率的同时，以蒸发器为媒介了实现离子去除，为放射性废水的减容与环境保护提供了可靠的实验方案。
技术实现思路
1、要解决的技术问题
2、为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种用于放射性蒸发池的吸附蒸发器、亲水性光热气凝胶及制备方法。采用本方法所制备的气凝胶构成蒸发器，气凝胶高孔隙率保证了材料高吸水量，光热材料实现了对太阳光的广泛吸收与高效光热转换，因此利用该蒸发器设计的蒸发装置在实现快速蒸发、快速减容的同时，内部化学基团对放射性离子具有一定的吸附作用，防止离子在蒸发的时候逃逸到大气中。该蒸发装置可以有效提升废水处理量，减弱放射离子对土壤、水、空气的辐射污染，核工业处理环节中对生态环境安全提供了可靠保障。
3、技术方案
4、一种用于放射性蒸发池的吸附蒸发器，其特征在于包括亲水性光热气凝胶、无纺布和隔热泡沫；无纺布置于隔热泡沫上，亲水性光热气凝胶置于无纺布上；所述无纺布的部分穿过隔热泡沫浸渍在蒸发池的溶液中，形成亲水性光热气凝胶与蒸发池内输水通路的联通，溶液中的放射离子通过亲水性光热气凝胶在太阳光下进行蒸发。
5、所述光热气凝胶材料内部具有90％以上的孔隙率。
6、所述无纺布采用两块设计，一块平铺于隔热泡沫上，另一块垂直穿过隔热泡沫；垂直穿过隔热泡沫的无纺布的一端与平铺于隔热泡沫上的无纺布连接，另一端浸渍在蒸发池的溶液中。
7、一种所述用于放射性蒸发池的吸附蒸发器的亲水性光热气凝胶材料，其特征在于包括质量比为1～2:2～4:2～4的亲水性光热填料、静电纺丝纳米纤维和聚酰胺酸；所述亲水性光热填料采用亲水碳纳米管；所述光热气凝胶材料内部具有90％以上的孔隙率。
8、所述静电纺丝纳米纤维的聚合物材料选自聚酰亚胺、聚苯并咪唑或聚砜。
9、所述聚酰胺酸为均苯四甲酸酐与对苯二胺的缩聚产物。
10、一种所述用于放射性蒸发池的光热气凝胶材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
11、将亲水性光热填料与静电纺丝纳米纤维、聚酰胺酸共同分散在溶剂中，经高速剪切后，转移至烧杯中进行冷冻；
12、待结冰后转移至冷冻干燥机中进行冷冻干燥成干态材料，将干态材料转移至马弗炉中进行热亚胺化，得到的光热气凝胶。
13、所述亲水性光热填料、纳米纤维、聚酰胺酸、溶剂的质量比为1～2:2～4:2～4:600。
14、所述高速剪切的转速为10k～15k rpm；所述高速剪切的时间为10～15min。
15、所述溶剂为水或叔丁醇。
16、有益效果
17、本专利技术提出的一种用于放射性蒸发池的吸附蒸发器、亲水性光热气凝胶及制备方法，通过静电纺丝、高速剪切、冷冻干燥得到碳纳米管负载的高孔隙率、气凝胶。纤维骨架的气凝胶内部具有丰富的大孔，水分可以骨架内快速传输。采用气凝胶构成的吸附蒸发器，在蒸发的过程中，纤维表面与碳纳米管表面的含氧基团对放射性离子具有吸附作用，从而降低冷凝水质中的放射离子含量。利用该气凝改进的放射性蒸发池改进装置，利用户外太阳能与风能，无需额外能量输入，为放射蒸发池的快速减容与环境保护提供了新颖的选择。
18、本专利技术将亲属碳纳米管负载到聚合物纤维表面制备得到多孔光热气凝胶。该气凝胶具有优异光热转换性能，在1个太阳光下，实现2.36kg m-2h-1的蒸发速率，并且在户外实验中可以风能对蒸发器表面的水蒸发具有促进作用，该数据明显优于天然放射性蒸发池的蒸发速率。通过冷凝水质测定，得到的水质中放射性离子强度有明显减弱，得益于气凝胶材料内部对离子的化学物理作用，从而实现截留。为放射性蒸发池实现快速蒸发浓缩的同时减少了空气中放射离子的浓度提供了可靠的实验方案。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于放射性蒸发池的吸附蒸发器，其特征在于包括亲水性光热气凝胶、无纺布和隔热泡沫；无纺布置于隔热泡沫上，亲水性光热气凝胶置于无纺布上；所述无纺布的部分穿过隔热泡沫浸渍在蒸发池的溶液中，形成亲水性光热气凝胶与蒸发池内输水通路的联通，溶液中的放射离子通过亲水性光热气凝胶在太阳光下进行蒸发。
2.根据权利要求1所述用于放射性蒸发池的吸附蒸发器，其特征在于：所述光热气凝胶材料内部具有90％以上的孔隙率。
3.根据权利要求1所述用于放射性蒸发池的吸附蒸发器，其特征在于：所述无纺布采用两块设计，一块平铺于隔热泡沫上，另一块垂直穿过隔热泡沫；垂直穿过隔热泡沫的无纺布的一端与平铺于隔热泡沫上的无纺布连接，另一端浸渍在蒸发池的溶液中。
4.一种用于权利要求1或2所述用于放射性蒸发池的吸附蒸发器的亲水性光热气凝胶材料，其特征在于包括质量比为1～2:2～4:2～4的亲水性光热填料、静电纺丝纳米纤维和聚酰胺酸；所述亲水性光热填料采用亲水碳纳米管；所述光热气凝胶材料内部具有90％以上的孔隙率。
5.根据权利要求3所述用于放射性蒸发池的光热气凝胶材料，其
6.根据权利要求3所述用于放射性蒸发池的光热气凝胶材料，其特征在于：所述聚酰胺酸为均苯四甲酸酐与对苯二胺的缩聚产物。
7.一种权利要求3～5任一项所述用于放射性蒸发池的光热气凝胶材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述亲水性光热填料、纳米纤维、聚酰胺酸、溶剂的质量比为1～2:2～4:2～4:600。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述高速剪切的转速为10k～15k rpm；
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述溶剂为水或叔丁醇。
...【技术特征摘要】
1.一种用于放射性蒸发池的吸附蒸发器，其特征在于包括亲水性光热气凝胶、无纺布和隔热泡沫；无纺布置于隔热泡沫上，亲水性光热气凝胶置于无纺布上；所述无纺布的部分穿过隔热泡沫浸渍在蒸发池的溶液中，形成亲水性光热气凝胶与蒸发池内输水通路的联通，溶液中的放射离子通过亲水性光热气凝胶在太阳光下进行蒸发。
2.根据权利要求1所述用于放射性蒸发池的吸附蒸发器，其特征在于：所述光热气凝胶材料内部具有90％以上的孔隙率。
3.根据权利要求1所述用于放射性蒸发池的吸附蒸发器，其特征在于：所述无纺布采用两块设计，一块平铺于隔热泡沫上，另一块垂直穿过隔热泡沫；垂直穿过隔热泡沫的无纺布的一端与平铺于隔热泡沫上的无纺布连接，另一端浸渍在蒸发池的溶液中。
4.一种用于权利要求1或2所述用于放射性蒸发池的吸附蒸发器的亲水性光热气凝胶材料，其特征在于包括质量比为1～2:2～4:2～4的亲水性光热填料、静电...
【专利技术属性】
技术研发人员：张秋禹，任亚峰，田苗，雷星锋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。