[发明专利]用于吸附和捕获气态碘的颗粒状多孔磷酸银基无机材料、其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种颗粒状多孔无机材料，当与气态碘接触时，其具有强的吸附气态碘的能力，且一旦负载碘，其可以通过简单的热处理转变成碘被限制在其中的致密的玻璃基质或玻璃陶瓷基质。所述材料由各自包含固相的颗粒形成，所述固相包含氧化态的且键合到磷的银，和开放的相互连接的孔，其表面包含处于金属态并且能够与碘反应形成碘化银Agl的银。本发明还涉及一种制备该材料的方法以及该材料的用途。应用：将废核燃料加工过程中产生的废气中存在的放射性碘(特别是碘129)包装和存储在基质中。

技术领域

本发明涉及含碘尤其是放射性碘的气态流出物的处理的领域。

更具体地，本发明涉及一种无机的、颗粒状且多孔的材料，当其与气态碘接触时，该材料具有强的吸附和保持气态碘的能力，并且一旦负载了碘，就可以通过简单的热处理转变为碘被限制在其中的玻璃质基质或玻璃陶瓷基质。

还涉及制备此材料的方法及其用途，特别是用于将碘气包封在玻璃基质或玻璃陶瓷基质中的用途。

本发明特别是在废核燃料的处理领域中发现了应用，在该领域中，它可能被用来将该处理中产生的气态流出物中存在的放射性碘，特别是碘-129，封装并储存在基质中，例如，在无法通过海洋碘同位素稀释来管理这种碘的情况下。

背景技术

碘-129是一种长寿命的中等活性裂变产物(半衰期为1570万年)，是在核电厂的铀和钚的裂变反应过程中产生的，因此存在于废核燃料中。

在法国，碘-129的管理基本上是基于海洋碘的同位素稀释，即通过海洋废物处理。

为了开发不具有海上通道可能性的废核燃料处理厂，或改变禁止通过海洋废物处理管理碘-129的法规，目前正在研究管理碘-129的替代方法，特别是将其封装在稳定、耐用的基质中，以抵抗被诸如水的载体扩散，以期将其存储在深层地质层中。

已知将碘气捕集在通常基于氧化铝、二氧化硅或硅铝酸盐(沸石)并用硝酸银浸渍的固体吸附剂(或过滤器)中。分子形式的碘或二碘I₂与硝酸银反应形成碘化银AgI，并以此形式保留在固体吸附剂中。这种类型的吸附剂目前用于捕获来自废核燃料加工厂的气态流出物中存在的碘。

另外，通过掺入到水泥的、陶瓷的(尤其是磷灰石的)或玻璃状的基质中来包封碘已经引起大量的研究。特别地，已经研究了将碘包封在硫属化合物、硼酸盐、硅酸铅或磷酸盐(磷酸铜和磷酸银)的玻璃质基质中的可能性。

最近，许多作者对能够吸附气态碘并且一旦负载碘就可以直接固结为封装基质的材料的开发感兴趣。

因此，例如，J.和R.K.Engler的著作(FCRD-SWF-2013-000589-PNLL-22874,2013年9月，下文为参考文献[1])涉及用金属态银功能化的二氧化硅气凝胶和它们通过三个类型的热处理将它们固结为二氧化硅基质：可以提及单轴热压(或HUP)、热等静压(或HIP)和放电等离子烧结(或SPS)。

除了在该参考文献中报道的固结测试中，气凝胶未载有碘这一事实之外，不考虑热处理，它们都经受1200℃的温度(这可能不适合封装碘-129，考虑到在这样的温度下的挥发)以及29MPa的压力以进行HUP处理，207MPa的压力以进行HIP处理，和70MPa的压力以进行SPS处理。

还提及B.J.Riley等人的著作(FCRD-SWF-2013-000249-PNLL-22678,2013年8月28日，下文为参考文献[2])，其涉及Sn₂S₃或Sb_13.5Sn₅S₂₀硫属凝胶(chalcogel)和通过热处理它们固结为玻璃质基质。在该参考文献中，在密封的石英管中在真空下在400℃至600℃范围内的温度下对碘负载的硫属凝胶进行热处理的同时，在真空下进行硫属凝胶对碘气的吸附测试。