[发明专利]一种用于高放废水处理的吸附剂的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及放射性废液处理、重金属离子的去除和核废料元素的固化等领域，尤其涉及一种用于高放废水处理的吸附剂的制备方法和应用。

背景技术

为了解决世界能源危机，核能已经成为今后相当一段时期内新能源的发展方向。高放废液，即high-level liquid waste(HLLW)，主要来源于不做后处理的乏燃料和乏燃料后处理第一循环的萃取液，或其他萃取循环浓缩液。它们具有放射性强；毒性大，半衰期长；发热率高；酸性强，腐蚀性大的特点，在自身强辐射场作用下，会产生H₂、CO、CH₄、C₂H₆、C₂H₄。主要含有30多种元素的200多种同位素，其中放射性核素有几十种，半衰期长者超过百万年，包括99%以上的裂变产物，未被回收的微量铀、钚等锕系元素，及大部分超铀元素和包壳材料。核能开发利用的过程必然会产生大量放射性废物，如果这些高放废液得不到有效处理和安置，势必会对人类赖以生存的生态环境造成严重危害，最终影响核能的可持续开发利用。

高放废液的特点决定了其巨大的潜在危害，如何快速有效地处理大量放射性废液，是目前各国面临的难题。目前，世界上对高放废液的处理方法主要有两种：固化法和分离嬗变法。

玻璃固化存在有毒气体产物；钚等放射性元素未分离出来，毒性更大，核扩散和核恐怖风险大；存在临界安全及中子屏蔽等问题，只适用于中低放射性废物，不能用于高放射性废物的固化。高放废液的固化要求选择稳定性很高的固化基质，长期包容这些核素。

分离嬗变法通过化学分离把高放废液中的超铀元素和长寿命裂变产物分离出来，制成燃料元件或靶件送反应堆或加速器中，通过核反应使之嬗变成短寿命核素或稳定元素，但其设备要求高，耗资大且效率不高。

从经济、环境等综合因素考虑，分离固化法也能降低高放废液的毒性和长期危害作用，减少需要深地质处置的废液的体积，相比分离嬗变更加节省处置费用，充分利用资源，是一种比较有前景的处理方法。高放废液的分离处理方法主要有萃取、色层、吸附、离子交换和高温电解精炼法、升华挥发和激光感应分离法等。其中，吸附法是一种重要的化学、物理方法，有着高效、成本低和广泛适用等优点，能大大降低高放废液的体积，已被广泛应用于水溶液中重金属离子的去除和核废料元素的处理。如果从高放废液中吸附分离出锕系元素和长寿命裂变元素，将其进一步固化，深地质处置，同时处理后产生的低放废液，进行浅地层处置或地表处置，就能把对生物和环境可能造成的放射性危害降低到最小程度。

随着吸附材料形态、种类、吸附的实验方法和研究手段的不断丰富，以及其他技术与吸附技术的联合使用，吸附学科已经得到了快速发展。目前各种吸附剂对重金属离子和核废料离子的吸附性能的研究，主要包括在不同吸附条件，如吸附温度、吸附时间、原始金属离子浓度、吸附剂含量、pH值和各种干扰离子等条件下对其吸附容量的影响，以及吸附过程的动力学、热力学研究和吸附等温线模型的研究，提出可能的吸附机理。根据吸附剂来源可分为天然吸附剂和人工吸附剂两种。天然吸附剂主要指自然界储量丰富的植物废料、微生物和各种带有孔状结构的天然沸石、氧化铝等粘土矿物。合成吸附剂主要是各种沸石、活性炭、介孔分子筛、多孔氧化硅和氧化钛凝胶等无机材料。

现有的用于高放废水处理的吸附剂，骨架强度较低，容易开裂破碎，干燥时在凝胶内产生的气-液界面将会导致孔内形成凹液面，凹液面的表面张力使凝胶在干燥过程中大幅度收缩开裂，破坏了凝胶的网络结构，因而应用受限。

发明内容

本发明提供了一种用于高放废水处理的吸附剂的制备方法和应用，本发明制备得到的吸附剂孔状结构清晰，机械性能高，热力学、化学稳定性高，以及具有高吸附容量和吸附选择性。

一种用于高放废水处理的吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）采用分相法制备SiO₂醇溶胶，采用溶胶-凝胶法制备TiO₂醇溶胶；

（2）将所述TiO₂醇溶胶和SiO₂醇溶胶分别陈化20～28h，然后将陈化后的SiO₂醇溶胶按比例滴入陈化后的TiO₂醇溶胶中，混合均匀后加入甲酰胺，反应得到SiO₂/TiO₂醇凝胶，对所述SiO₂/TiO₂醇溶胶进行后处理，常压干燥得到复合改性SiO₂/TiO₂气凝胶。