本發(fā)明屬于核工業(yè)及材料制備，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
1、隨著我國(guó)核能規(guī)?；l(fā)展，核電站每年將生產(chǎn)乏燃料約1000m3以上，預(yù)計(jì)2050年我國(guó)乏燃料累積量將達(dá)到2.4萬(wàn)余立方米。因此，乏燃料后處理的問(wèn)題亟待解決。我國(guó)主要采取濕法后處理工藝，在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熔爐廢氣、溶解廢氣、小室廢氣、工藝容器廢氣、廢液固化廢氣等。這些廢氣中含有大量的含放射性碘-129，主要包括無(wú)機(jī)碘(129i2)和有機(jī)碘(ch3129i)。由于碘-129有較長(zhǎng)的半衰期(1.57×107a)、高遷移性、化學(xué)毒性且對(duì)甲狀腺有高度親和性，所以必須及時(shí)對(duì)其進(jìn)行凈化處理。目前對(duì)含碘廢氣的處理方法主要分為兩種：濕法和干法處理。由于固體吸附技術(shù)有吸附效率高且對(duì)設(shè)備要求低，一直處于氣態(tài)放射性碘凈化處理研究的前沿。目前，國(guó)內(nèi)外均以銀基吸附材料為主，包括附銀硅膠、附銀沸石、附銀氧化鋁等，雖然性能優(yōu)良，但由于銀的價(jià)格昂貴，導(dǎo)致其成本高昂。另外還有金屬氧化物、硫基氣凝膠、金屬有機(jī)骨架、多孔有機(jī)聚合物等各類(lèi)固體吸附劑，但其存在合成過(guò)程繁瑣或在應(yīng)用環(huán)境下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差等缺陷，現(xiàn)階段不適合推廣應(yīng)用。因此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型碘-129凈化材料具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。
2、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
3、步驟一、用稀硝酸溶解硝酸鉀和硝酸汞水合物，并攪拌至澄清；
4、步驟二、將上述澄清溶液加入反應(yīng)釜進(jìn)行水熱反應(yīng)處理，得到硝酸汞鉀溶液；
5、步驟三、將硅膠加入硝酸汞鉀溶液中進(jìn)行浸漬處理；
6、步驟四、將浸漬處理后的硅膠置于烘箱中進(jìn)行干燥處理，得到所述的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料。
7、優(yōu)選的是，所述步驟一中，稀硝酸的摩爾濃度為1～1.5mol/l，硝酸鉀和硝酸汞水合物的化學(xué)計(jì)量比為2:1～2.5:1，攪拌時(shí)間為10～30min。
8、優(yōu)選的是，所述步驟二中，水熱反應(yīng)溫度為80～100℃，水熱反應(yīng)時(shí)間為24～48h。
9、優(yōu)選的是，所述步驟三中，硅膠為耐水硅膠，硝酸汞鉀溶液和硅膠的液固比為1～1.5:1，浸漬處理的條件為15～35℃下浸漬處理2～4h。
10、優(yōu)選的是，所述步驟四中，干燥具體條件為在空氣氣氛下130～150℃，加熱處理24～48h，得到用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料。
11、優(yōu)選的是，對(duì)步驟三中的硅膠進(jìn)行預(yù)處理，方法為：
12、s1、將硅膠在鹽酸溶液中進(jìn)行加熱酸化處理，再用去離子水洗滌至中性，得到粗?jǐn)U孔的硅膠，然后將粗?jǐn)U孔的硅膠浸入氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿刻蝕，得到表面形成納米溝槽的硅膠；
13、s2、將s1所得硅膠進(jìn)行電暈處理，然后用去離子水清洗，再用無(wú)水乙醇浸泡，然后將硅膠取出，浸泡在硅烷偶聯(lián)劑溶液中，最后干燥，得到預(yù)處理硅膠。
14、優(yōu)選的是，所述s1中，鹽酸溶液質(zhì)量濃度為5～8wt％，硅膠與鹽酸溶液的用量比為100g:200～400ml，加熱溫度為50～60℃，加熱30～45min，氫氧化鈉溶液的質(zhì)量濃度為4～6wt％，粗?jǐn)U孔硅膠與氫氧化鈉溶液的用量比為100g:500～600ml，刻蝕時(shí)間為90～120s。
15、優(yōu)選的是，所述s2中，電暈參數(shù)為20～40w/min·m2，去離子水清洗5～10min，無(wú)水乙醇浸泡5～20min，硅烷偶聯(lián)劑溶液為0.1～5％的kh-550溶液，浸泡5～20min。
16、本發(fā)明還提供一種硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料應(yīng)用，將所述硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘或非放射性碘，所述氣態(tài)放射性碘或非放射性碘可為有機(jī)碘和/或無(wú)機(jī)碘，所述有機(jī)碘為甲基碘，所述無(wú)機(jī)碘為單質(zhì)碘。
17、優(yōu)選的是，采用靜態(tài)吸附法處理非放射性碘，具體步驟如下：①將非放射性碘置于反應(yīng)器底部坩堝，再在坩堝上方放上砂芯隔板；②將硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料置于砂芯隔板上的吊籃中，非放射性碘與硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的質(zhì)量比為1:1～3:1；③蓋上反應(yīng)器端蓋，再置于鼓風(fēng)干燥箱，設(shè)定吸附溫度為100℃，吸附時(shí)間為24h；④再次稱(chēng)量硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的質(zhì)量，并通過(guò)吸附前后質(zhì)量的變化來(lái)計(jì)算非放射性碘吸附容量。
18、本發(fā)明至少包括以下有益效果：
19、(1)本發(fā)明的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料在靜態(tài)吸附條件下對(duì)單質(zhì)碘和甲基碘的飽和吸附容量分別達(dá)到0.185g/g和0.154g/g，對(duì)碘吸附能力強(qiáng)，表現(xiàn)出優(yōu)異的碘捕獲性能；
20、(2)本發(fā)明的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料在150℃以下未出現(xiàn)明顯失重，且在200℃烘箱中熱處理24小時(shí)后，其質(zhì)量損失極小，吸附能力未發(fā)生顯著變化，表明該材料具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性；
21、(3)本發(fā)明的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料在氮混合氣體侵蝕后晶體結(jié)構(gòu)保持不變，證明其具有良好的耐氮氧氣體侵蝕能力；
22、(4)從經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)看，本發(fā)明的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的制造成本僅為附銀硅膠的三分之一，展現(xiàn)出顯著的成本優(yōu)勢(shì)；
23、(5)本發(fā)明還通過(guò)對(duì)硅膠進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)酸化處理擴(kuò)孔和堿刻蝕形成表面納米溝槽，增加比表面積，再引入電暈處理和硅烷偶聯(lián)劑浸泡，增強(qiáng)硅膠的負(fù)載能力，有效增加硝酸汞鉀負(fù)載量，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的硅膠最終制得的復(fù)合材料對(duì)非放射性氣態(tài)單質(zhì)碘的靜態(tài)飽和吸附容量為0.233g/g，對(duì)非放射性氣態(tài)甲基碘的靜態(tài)飽和吸附容量為0.201g/g，碘吸附能力有明顯提升。
24、本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
1.一種用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟一中，稀硝酸的摩爾濃度為1～1.5mol/l，硝酸鉀和硝酸汞水合物的化學(xué)計(jì)量比為2:1～2.5:1，攪拌時(shí)間為10～30min。
3.如權(quán)利要求1所述的用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，水熱反應(yīng)溫度為80～100℃，水熱反應(yīng)時(shí)間為24～48h。
4.如權(quán)利要求1所述的用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，硅膠為耐水硅膠，硝酸汞鉀溶液和硅膠的液固比為1～1.5:1，浸漬處理的條件為15～35℃下浸漬處理2～4h。
5.如權(quán)利要求1所述的用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟四中，干燥具體條件為在空氣氣氛下130～150℃，加熱處理24～48h，得到用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料。
6.如權(quán)利要求1所述的用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，對(duì)步驟三中的硅膠進(jìn)行預(yù)處理，方法為：
7.一種如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的制備方法制得的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料應(yīng)用，其特征在于，將所述硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘或非放射性碘，所述氣態(tài)放射性碘或非放射性碘可為有機(jī)碘和/或無(wú)機(jī)碘，所述有機(jī)碘為甲基碘，所述無(wú)機(jī)碘為單質(zhì)碘。
8.如權(quán)利要求7所述的用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于，采用靜態(tài)吸附法處理非放射性碘，具體步驟如下：①將非放射性碘置于反應(yīng)器底部坩堝，再在坩堝上方放上砂芯隔板；②將硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料置于砂芯隔板上的吊籃中；③蓋上反應(yīng)器端蓋，再置于鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行吸附；④再次稱(chēng)量硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的質(zhì)量，并通過(guò)吸附前后質(zhì)量的變化來(lái)計(jì)算非放射性碘吸附容量。
9.如權(quán)利要求7所述的用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于，步驟②中非放射性碘與硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的質(zhì)量比為1:1～3:1。
10.如權(quán)利要求7所述的用于凈化乏燃料后處理廠氣態(tài)放射性碘的硝酸汞鉀改性硅膠復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于，步驟③中設(shè)定吸附溫度為100℃，吸附時(shí)間為24h。