[发明专利]一种利用无机原料合成纳米水合结晶硅钛酸钠的方法

说明书

技术领域

本发明涉及从属于环境保护领域的放射性废弃物资源化处理，涉及一种能有效处理含铯锶放射性废水的功能材料的合成方法，具体涉及一种纳米水合结晶硅钛酸钠（CST）的合成方法。

背景技术

随着核电的快速发展，人们对核废物安全处理处置越来越关注。高放废液中的⁹⁰Sr（T_1/2=28.79年，100%的β衰变，E_β=546 keV）和¹³⁷Cs（T_1/2=30.02年，100%的β衰变，伴生γ射线能量E_γ=661 keV）是长半衰期的高释热裂变产物，去除含¹³⁷Cs⁺/⁹⁰Sr²⁺是高放废液处理处置技术研究的关键之一。目前，含¹³⁷Cs⁺/⁹⁰Sr²⁺放射性废液安全处置的方法主要有沉淀、膜分离、萃取、离子交换、蒸发等。离子交换法是实现放射性核废液预处理最好的方法。与有机离子交换剂相比，无机离子交换剂良好的抗辐照性能、化学稳定性、热稳定性和机械稳定性，与核素离子的交换具有不可逆性，对Na⁺等竞争离子具有极高的选择性，可产业化并且成本可控，被广泛用于放射性核废液的处理。对¹³⁷Cs⁺/⁹⁰Sr²⁺而言，常用的无机离子交换剂主要有粘土、沸石、磷钼酸铵(ammonium molybdophosphate, AMP)、铁氰化钴钾(potassium cobalt hexacyanoferrete, KCoCF)，和水合结晶硅钛酸钠(Crystalline sillicotitanate, CST)等。CST具有极强的化学稳定性、热稳定性和辐照稳定性，并且对Cs⁺/Sr²⁺具有极高的选择性，是离子交换法处理含Cs⁺/Sr²⁺放射性废水最具有竞争力的无机离子交换剂。

虽然美国万用油品公司（UOP）在1995年商业化生产了CST并在全球数个实验室的高放废液中进行除铯测试取得巨大成功，但有关CST的具体合成工艺、物质的组成结构等目前仍属于美国国家机密，期刊文献少见报道。目前CST的合成一般以有机硅源（如原硅酸四乙酯、乙醇硅等）和有机钛源（如异丙醇钛等）先形成溶胶-凝胶，再用水热法制备CST。使用有机硅源/钛源成本高，环境问题污染严重，且采用此法制备所得的CST样品含有杂相。因此该技术的研究趋势应该是如何利用绿色原料制备出不含杂相的CST纯物质，以便更高效地处理含Cs⁺/Sr²⁺的放射性核废液。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种合成纳米CST的方法。此方法是以Na₂Si₂O₃·9H₂O和NaOH为硅源，以TiCl₄的乙醇溶液为钛源，采用溶胶凝胶-水热合成法成功制备得到不含杂相的纳米CST晶体，解决了CST制备含有杂相的难题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种利用无机原料合成纳米水合结晶硅钛酸钠的方法，以无机物制备硅源和钛源，包括制备硅源、钛源和CST三个过程，具体步骤如下：

S1、称取适量的Na₂Si₂O₃·9H₂O固体和NaOH固体，在室温及磁力搅拌下溶于超纯水中，得到一定浓度的硅液，作为制备CST的硅源；

S2、将适量TiCl₄溶液在磁力搅拌下缓慢滴加到无水乙醇中，得到一定浓度的均匀透明的黄色溶液，即TiCl₄的乙醇溶液，作为制备CST的钛源；

S3、在磁力搅拌下，按Si:Ti=0.98:1（物质的量之比）的比例，将S2中得到的黄色溶液缓慢加入到S1所配制的硅液中，得到均匀的溶胶-凝胶，并调节pH至12.5~12.7；