[发明专利]一种利用碳基杯芳烃冠醚杂化材料同时分离铯和铷的方法

说明书

本发明公开了一种利用碳基杯芳烃冠醚杂化材料同时分离铯和铷的方法，其特征在于，包括：将所述碳基杯芳烃冠醚杂化材料与含有多种金属离子的硝酸盐溶液混合，硝酸盐溶液中的铯离子和铷离子被吸附分离。本发明方法适用于高酸度体系，无需添加其他有机化合物或载体，操作简单，选择性好，分离效率高，易于进行工业化推广应用。

技术领域

本发明涉及铯元素分离技术领域，具体涉及一种利用碳基杯芳烃冠醚杂化材料同时分离铯和铷的方法。

背景技术

核能的广泛应用在给人类带来各种便利的同时也带来了巨大的健康威胁，在使用核能的过程中往往产生大量放射性废弃物，这些废弃物降解时间长，极易造成严重的环境污染，如何安全有效地处理这些放射性废弃物已经成为制约核能可持续发展的关键因素。

近年来核电由于能量密度大、污染少，不会排放造成温室效应气体而得到蓬勃发展，然而核电运行当中会不可避免地产生乏燃料。乏燃料后处理所产生的高放废液(HLLW)，是一种高酸性、高放射性和高毒性的混合溶液。

这些高放废液的降解时间长，极易造成严重的环境污染，如何安全有效地处理这些放射性废弃物已经成为制约核能可持续发展的关键因素，常用处理高放废液的方法有吸附法、离子交换法和膜分离法，这些方法所涉及的设备数目众多，处理工艺步骤复杂；由于处理高放废液时，废液每经过一种设备或构筑物时都会造成放射性污染，因此处理过程中设备数目越多，工艺步骤越复杂，造成的污染越严重，因此应尽量减少设备数目，缩短处理工艺流程。

¹³⁷Cs是高释热核素，也是高放废液中强放射性主要来源之一，对玻璃固化体和水泥固化体稳定性有潜在不利影响，长期存在会导致固化体老化，引起放射性核素泄漏，不仅不利于高放废液储存，而且对地下水环境造成污染。若在高放废液终处置前将它们有效分离，对延长贮存年限、节省处置费用和提升处置技术都是有利的；¹³⁷Cs的有效分离还能显著降低高放废液放射性强度，对进一步分离次锕系元素提供了便利。

发明内容

针对现有技术中，在高酸度体系难以实现同时分离铯和铷的问题，本发明提供了一种利用碳基杯芳烃冠醚杂化材料同时分离铯和铷的方法，适用于高酸度体系，操作简单，选择性好，分离效率高，易于进行工业化推广应用。

本发明采用的技术方案如下：

一种利用碳基杯芳烃冠醚杂化材料同时分离铯和铷的方法，包括：将所述碳基杯芳烃冠醚杂化材料与含有多种金属离子的硝酸盐溶液混合，硝酸盐溶液中的铯离子和铷离子被吸附分离；所述碳基杯芳烃冠醚杂化材料的结构如式I所示：

代表多孔碳球，n为1～4的整数。

所述硝酸盐溶液中含有Cs(I)、Rb(I)和其他金属离子，其他金属离子包括Na(I)、K(I)、Sr(II)、Ba(II)、Ru(III)和Fe(III)中的至少一种。

硝酸盐溶液中，金属离子的浓度以及硝酸的浓度均会影响分离效果，优选地，硝酸盐溶液中，每种金属离子的浓度为5.0×10^-4～1.0×10^-2M。硝酸盐溶液中，硝酸的浓度为0.5～6.0M。进一步优选，硝酸盐溶液中，硝酸的浓度为2～4M，在该酸性条件下，碳基杯芳烃冠醚杂化材料对铯和铷的吸附性能最佳。

为了保证分离效果，优选地，碳基杯芳烃冠醚杂化材料与硝酸盐溶液在室温(25±5℃)下混合吸附，吸附时间为30～120min。混合吸附在振荡条件下进行，振荡速率为120～150rpm。

碳基杯芳烃冠醚杂化材料的使用量可根据需求进行调整，优选地，每克碳基杯芳烃冠醚杂化材料与80～200mL硝酸盐溶液混合，在该范围内，碳基杯芳烃冠醚杂化材料对铯和铷的选择性好，分离效率高。

所述的碳基杯芳烃冠醚杂化材料的制备方法如下：