[发明专利]新型吸附剂、其制备方法及其用途

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及吸附剂及其用途。具体地，本发明提供从水性溶液和分散体中去除锑含氧-阴离子(oxo-anion)的新型吸附剂。发明也涉及制备新型吸附剂的方法。另外，发明涉及阴离子吸附剂用于从核废液中去除放射性核素和非放射性种类的锑和锝，包括它们的含氧-阴离子形式(锑酸根和高锝酸根)的用途。

相关技术描述

选择性离子介质，例如无机吸附剂和离子交换剂，由于它们的辐射稳定性、高的处理能力和高的净化效率，日渐增长地用于从核废液去除关键放射性核素，诸如Co-60、Sr-90和Cs-137[1，2]。使用的材料为市场上可得的阳离子交换剂或吸附剂(例如沸石、钛酸盐、硅钛酸盐、铁氰化物(hexacyanoferrate))，它们可有效去除阳离子放射性种类。无机阴离子交换材料相当少见且不具有高选择性。

就对人员和环境的放射剂量而言，Co-60、Co-58和Cs-137是核能发电厂(NPP)的废液和水流中最危险的放射性核素。改进的处理系统可显著地减少许多公共场所中的这些放射性核素的排放，并且进一步的努力为针对去除其他放射性核素，诸如在去除铯和钴后的溶液中占主要地位的Cr-51、Ag-110和Sb-125。

近期，更多地注意到¹²⁵Sb。它可完全以可溶形式存在于地漏水中[3]。在溶液中，锑可以两种氧化态(+3，+5)和数种羟基类别(例如Sb(OH)₆^-、Sb(OH)₃(水性，aq)和Sb(OH)₄⁺)存在，其取决于pH和氧化还原条件[4]。这些化学特征表明从溶液中去除锑是困难的。

近期试验已表明标准脱矿质器树脂和离子选择性介质对于从液体放射性废物中去除Sb是无效的[5]。然而，一些市场上可得的无机阳离子交换剂，诸如CoTreat，可在某些情况下效率良好地从NPP地漏水中去除Sb-125[3]，但它们的使用明显限于阳离子锑类别。考虑其他方法，在Duke Power Company的Oconee设备[6]中进行的试验方案中，化学添加剂结合超滤显示为去除Sb-125的有效方法。其他方法的研究诸如电去离子和中空纤维过滤正在进行中，例如在EPRI Low-Level Waste(低放废物)方案中[7]。

已公布了一些关于使用基于氧化锆的材料去除锑的报道[8，9]。在这些研究中，使用氯氧化锆(ZrOCl₂)作为氧化锆的前体，且仅有阳离子锑的吸收在研究。这些研究的结果表明，使用所述氧化锆材料可获得痕量锑的低于96％的吸收(相当于低于2000ml/g的分配系数)。然而，这样的选择性对于工业用途是相当不令人满意的。

相似地，使用氧化锆吸附剂和聚丙烯腈(PAN)粘合剂[10，11]获得了不令人满意的结果。

在完成纵览时可以注意到，本领域中已预先讨论过无载体的^115mIn从¹¹⁵Cd中以及¹³²I从¹³²Te中经氧化锆柱的分离。

发明概述

基于以上，本发明的目的是消除本领域中至少一部分问题，并提供对NPP废液中的锑具有高选择性，且由此能够进行工业应用的新型阴离子吸附剂材料。

本发明的另一目的是提供制备能够去除锑放射性同位素的新型阴离子吸附剂的方法。

本发明的再一目的是提供去除锑和任选的锝，包括它们含氧-阴离子的方法和吸附单元。

特别的目的是提供能够去除选自Sb-122、Sb-124、Sb-125和Tc-99及其混合物的放射性核素以及相应的非放射性类别的阴离子吸附剂。

本发明基于以下观念：提供从水溶液中去除锑还有任选的锝的新型材料，其包含具有至少10,000ml/g的锑分配系数的氧化锆材料，所述材料以精细粉碎的形式存在，例如为粉末或细粒材料。

材料可通过沉淀过程制备，其中锆前体溶于强酸的酸或水溶液中，且溶液的pH为，当前体溶解时，增加(优选逐渐地)到至少pH 2，特别是2-10的范围内的值，且在洗涤后收集并回收沉淀物。

材料可与掺杂离子例如锑离子共沉淀，用于制备还能够从水溶液吸附锝的材料。

更具体地，本发明材料的主要特征如权利要求1的特征部分所述。

制备新型材料交换剂的方法的特征如权利要求8的特征部分所述，并且从水溶液中去除锑和任选的锝的方法的特征如权利要求15的特征部分所述。根据本发明的吸附单元的特征如权利要求20所述。