[发明专利]一种铜改性高庙子膨润土及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种铜改性高庙子膨润土及其制备方法与应用，利用高庙子膨润土的强阳离子交换能力，以钙基高庙子膨润土为基础材料，将硫酸铜溶液和高庙子膨润土粉末充分混合、反应，再经烘干、超纯水洗涤、煅烧和研磨过筛等流程，制得铜改性高庙子膨润土粉末，元素成分按质量百分比含有50～60％的氧、25～35％的硅、7～8％的铝、2～4％的铜、0.05～0.2％的钙、0.1～0.3％的钠、1.4～1.6％的镁、0.2～0.4％的钾、0.6～0.8％的铁、0.08～0.09％的硫、0.02～0.03％的锰和0.04～0.05％的钛。该改性膨润土对废水中的阴离子具有更强的吸附能力，能够快速有效吸附废水中碘离子。

技术领域

本发明属于改性膨润土和高放废物地质处置领域，涉及一种铜改性高庙子膨润土及其制备方法与应用。

背景技术

随着核能的不断发展和大量使用，产生了大量的放射性废物，这些放射性废物按照放射性大小的不同，可以分为低放、中放和高放废物。高放废物中含有硒和碘等放射性核素，这些元素放射性半衰期长，能够长时间释热，具有较高的物理毒性、化学毒性和生物毒性，而且基于现有技术水平，无法对这些放射性废物进行进一步的利用或消除其危害。因此，高放废物的安全处理与处置是核能健康可持续发展的重要保障。

现在，国际上普遍接受认可并技术上可行的高放废物处置方案是深地质处置，即将高放废物埋在距离地表深500到1000米的地质体中，使之永久与人类的生存环境隔离。高放废物深地质处置中的缓冲回填材料是最后一道人工屏障，其对高放废物处置系统的安全性来说至关重要。目前，内蒙古兴和县高庙子膨润土以其高膨胀性、低透水性、强阳离子交换能力和良好的核素(大多数核素)阻滞能力等特点被我国选作高放废物地质处置缓冲/回填材料的首选候选材料，但由于其表面呈电负性，存在阴离子排斥效应，对于关键核素¹²⁹I等放射性阴离子核素吸附较弱，使得阴离子核素极易随地下水迁移进入生物圈，对环境和人类造成危害。因此，有必要对高庙子膨润土进行改性，制备出有效吸附阴离子的材料，以增强其对阴离子的迁移阻滞能力。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种有效吸附阴离子的铜改性高庙子膨润土及其制备方法与应用，以克服回填材料高庙子膨润土在阴离子阻滞方面的不足。

为实现此目的，本发明的技术方案为：

利用高庙子膨润土的强阳离子交换能力，将硫酸铜溶液与高庙子膨润土粉末充分混合、反应，以制备铜改性高庙子膨润土材料。

本发明提供一种铜改性高庙子膨润土，所述的铜改性高庙子膨润土中元素成分按质量百分比含有50～60％的氧、25～35％的硅、7～8％的铝、2～4％的铜、0.05～0.2％的钙、0.1～0.3％的钠、1.4～1.6％的镁、0.2～0.4％的钾、0.6～0.8％的铁、0.08～0.09％的硫、0.02～0.03％的锰和0.04～0.05％的钛。

本发明的第二个目的是提供上述一种铜改性高庙子膨润土的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：

1)将硫酸铜溶液放入烧杯中，加入高庙子膨润土粉末，边加边搅拌，直至混合均匀，得到膨润土悬浊液；其中，硫酸铜溶液中铜离子物质的量：高庙子膨润土粉末质量＝2mmol～20mmol：1g；

2)将步骤1)所得膨润土悬浊液持续搅拌预设时间后倒入玻璃表面皿；

3)将步骤2)所得表面皿放入烘箱烘干，得到固体；

4)将步骤3)所得固体放入坩埚中，将其放入马弗炉中在400～500℃的温度下煅烧2～6h；

5)通过抽滤的方式，将煅烧后的固体用超纯水冲洗，去除滤液，保留固体，重复至最后一次至滤液中无硫酸根离子存在；

6)将步骤5)所得产物放入烘箱中烘干，得到铜改性高庙子膨润土固体；