[发明专利]一种毫米级大孔-介孔碳球/杯[4]-双冠-6互穿复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种毫米级大孔‑介孔碳球/杯[4]‑双冠‑6互穿复合材料是由杯[4]芳烃‑(苯并)冠‑6‑(甲基丙烯酸苯甲酯)冠‑6定向聚合至毫米级大孔‑介孔碳球内外表面得到，杯[4]芳烃‑(苯并)冠‑6‑(甲基丙烯酸苯甲酯)冠‑6的结构式为；并且公开了一种毫米级大孔‑介孔碳球/杯[4]‑双冠‑6互穿复合材料制备方法，制备方法简单，得到的毫米级大孔‑介孔碳球/杯[4]‑双冠‑6互穿复合材料能够可以用于吸附分离放射性核素Cs，并且吸附分离效果优异。

技术领域

本发明涉及核燃料后处理技术领域技术领域，更具体的说是涉及一种毫米级大孔-介孔碳球/杯[4]-双冠-6互穿复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

高放废液(HLLW)的后处理是一个世界性的难题，对核电的可持续发展具有重要意义。HLLW中含有大量放射性核素，其中¹³⁵Cs的半衰期长、易迁移，对环境的潜在危害较大；¹³⁷Cs虽半衰期短，但衰变过程中会释放大量热，是影响固化体安全处置最危险的元素之一。若能将其分离，不但能减少固化体的体积、缩短冷却时间和储存年限，还能简化地质处置工艺、节约成本。而目前分离HLLW中的Cs(I)采用的方法主要包括两大类，一类是采用溶剂萃取流程，另一类是采用萃取色谱法。

溶剂萃取流程对Cs(I)具有高萃取容量和强选择性，但也存在如下不足：萃取剂、稀释剂和相修饰剂易水解和辐解，产生大量二次废液；操作过程需要进行多步萃取、洗涤和反萃；采用的设备规模大、有机试剂使用量大。

萃取色谱法兼有溶剂萃取的高选择性和柱色谱法的简易和多级等特点，且有机试剂使用量少、工艺简单、设备紧凑，现有的萃取色谱法是基于硅基超分子识别材料，大孔二氧化硅作为基体耐酸、耐高温、耐辐射和机械性能优异。如“AnyunZhang,Qihui Hu,ZhifangChai.SPEC:ANewProcess for Strontium and CesiumPartitioningUtilizing TwoMacroporous Silica-Based SupramolecularRecognitionAgents ImpregnatedPolymericComposites,Separation Science andTechnology,44(2009)2146-2168.”中A.Zhang等采用物理真空复合法将Calix[4]arene-R14负载至SiO₂-P内，制备大孔硅基杯芳冠醚超分子识别材料(Calix[4]arene-R14/SiO2-P)，并提出SPEC萃取色谱分离流程，应用于HLLW中Cs(I)的分离；此外，“M.R.Awual,T.Yaita,T.Taguchi,H.Shiwaku,S.Suzuki,Y.Okamoto,Selective cesium removal fromradioactive liquidwaste by crownetherimmobilizednew class conjugate adsorbent,Journal of Hazardous Materials,278(2014)227-235.”、“M.R.Awual,S.Suzuki,T.Taguchi,H.Shiwaku,Y.Okamoto,T.Yaita,Radioactive cesiumremoval from nuclear wastewaterbynovel inorganic andconjugate adsorbents,Chemical Engineering Journal,242(2014)127-135.”中M.R.Awual还将DB24C8浸渍到有序介孔硅中，实现对Cs(I)的吸附。但是，基于硅基超分子识别材料的萃取色谱法存在如下不足：(1)杯芳冠醚与硅基为物理负载，负载量小，且结合不牢固；(2)耐辐照和化学稳定性较差；(3)因基体粒径小，高放废液流经色谱柱时柱压较大，需要施加0.25-0.35MPa附加压力；(3)采用的杯芳冠醚具有杯芳单冠结构，其相比于杯芳双冠结构，铯离子选择性差，从而导致得到的硅基超分子识别材料在萃取色谱分离高放废液过程应用效果差。