[发明专利]一种高锝酸根吸附剂及其合成方法与在处理放射性废水中的应用

说明书

本发明公开了一种高锝酸根吸附剂及其合成方法与在处理放射性废水中的应用，包括以下步骤：以硝酸银和四[4‑(1‑咪唑基)苯基]甲烷为原料，以有机溶剂与水为介质，进行水热反应；反应结束后，洗涤、过滤反应液，得到的滤饼烘干即为高锝酸根吸附剂。本发明的高锝酸根吸附剂具有多孔三维无限延伸结构，孔隙内含有游离的硝酸根，可有效地交换高锝酸根，从而高效处理放射性废水。

技术领域

本发明属于放射性废水处理领域，具体涉及一种高锝酸根吸附剂及其合成方法与在处理含高锝酸根废水中的应用。

背景技术

放射性核素锝-99是一种长寿命裂变产物，其半衰期为2.13×10⁵年，具有长期的潜在环境危害。在核废料中锝-99主要以水溶性极强，稳定性极高的高锝酸根阴离子TcO₄⁻的形式存在。目前应用最为广泛的核废料储放形式完全无法阻滞TcO₄⁻，而在乏燃料后处理工艺中锝又能以蒸汽压较高的Tc₂O₇存在，因此锝-99是核废料中最易泄漏的放射性核素之一，并且在自然环境中的迁移能力极强，几乎不受阻滞。同时还有多种大量过量的常见阴离子（硝酸根、氯离子等）与高锝酸根共存于放射性污染水体环境中，因此选择性去除锝-99在环境中的放射性污染一直是环境放射化学领域中的未解难题。

最早被用来去除TcO₄⁻的材料是天然矿物，比如氧化物或氢氧化物矿物(Al₂O₃和Fe₂O₃等)，由于其是依靠表面的活性基团对TcO₄⁻的亲和力实现分离，因此其吸附容量有限。通过具有还原能力的矿物材料还原去除TcO₄⁻被认为是较有前景的方法。磁铁矿和零价铁可将TcO₄⁻还原成TcO₂(H₂O)_n，而方铅矿、黄铁矿和磁黄铁矿除了能将七价锝还原成四价外，还能形成Tc₂S₇沉淀，因此可获得更高的吸附分配系数，高达1000 mL/g以上。但是，四价锝TcO₂(H₂O)_n沉淀在暴露在氧化条件下又可转变为可溶性的TcO₄⁻，即便在还原条件下仍能与环境中含氨基、羧基或羟基官能团的有机质结合形成可溶性络合物，限制了还原性矿物材料在环境TcO₄⁻污染物去除中的应用。多孔碳材料(活性炭和有序介孔碳)具有成本低、比表面积大，孔隙率高以及丰富功能基等优势，可有效地去除TcO₄⁻，分配系数可达10²-10⁴ mL/g，但是选择性并不是很理想。高分子树脂一般为几百微米的多孔球状颗粒，不仅易于修饰选择性的功能基，还能应用于萃取色谱实验，适合大规模应用。Bond等人合成了ABEC树脂对放射性TcO₄⁻和I^-进行去除。为了进一步提高TcO₄⁻选择性，Alexandratos和Gu等人开发了一种双功能基阴离子交换树脂，即在强碱阴离子树脂中引入长链烷基季铵盐，增加对TcO₄⁻的亲和能力，即便对低浓度TcO₄⁻也有较好的去除能力。目前，该树脂已商业化，牌号为PuroliteA532E和Purolite A530E。然而，离子交换树脂的合成周期相对较长，需要用到较多有毒有机试剂和强酸强碱，而且在极端条件(氧化、辐照和机械压力)下不是太稳定（J.Radioanal. Nucl. Chem., 1986, 102(1): 247-268.）。