CN108399959A - 一种X、γ射线防护功能粉体的制备方法 - Google Patents
一种X、γ射线防护功能粉体的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供一种X、γ射线防护功能粉体的制备方法中，根据本方法制备出的纳米粉体中钨酸铋和氧化石墨烯的片层结构对X、γ射线起到了有效散射的作用，纳米化稀土氧化物形成的多带隙体系对X、γ射线起到了多级吸收的作用，金属元素对X、γ射线起到了屏蔽的作用，多种效应的协同作用，对不同能级的X、γ射线达到高防护的效果。其次，制备出的功能粉体具有无铅和轻量化的特点，在X、γ射线辐射防护方面有良好的应用前景。
Description
技术领域
本申请涉及防辐射领域，尤其涉及一种X、γ射线防护功能粉体的制备方法。
背景技术
近年来，随着国防科研、放射医学和原子能工业的迅速发展，各种射线的使用日益广泛。X、γ射线是其重要的一种。由于长期接触X、γ射线，对性腺、乳腺、造血骨髓等都会产生伤害，超过剂量甚至会致癌，给人体带来严重威胁。因此根据X、γ射线的性质及其与物质的作用机理，应选择和制备相应的材料进行防护。
最早用于X、γ射线屏蔽的是铅板、铁板等金属材料，后来又开发出了含铅的玻璃、有机玻璃及橡胶等制品，并加工成各种防护服、头盔、防护手套等。但这些防护用品透气性差，笨重，穿用不舒适，而且铅有剧毒。
现有关于X、γ射线防护材料的相关专利有很多，如中国发明专利“一种纳米防核辐射涂料”(CN 106928781A)中，公开了一种纳米防核辐射涂料的制备方法，该浆料的基料为水性的纳米防核辐射材料，其组成为水性乳液、重晶石粉、纳米电气石粉、纳米鳞片石墨、水及多种助剂，通过分散罐高速分散制备出一种纳米防核辐射涂料；中国发明专利“一种耐核辐射涂料及其制备方法”(CN 102585697A)中，公开了一种耐核辐射涂料的制备方法，该耐核辐射涂料包括A组分和B组分，A组分包括环氧树脂、无机矿物填料、稀释剂和加工助剂，B组分包括胺固化剂和偶联剂，利用分散缸分别把A组分和B组分搅拌均匀后，A组分和B组分以3-5：1的摩尔比均匀混合即得耐核辐射涂料。其共同不足在于无法同时对不同能级的X射线达到理想的防护效果。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种X、γ射线防护功能粉体的制备方法，能够对不同能级的X射线进行有效防护。
本申请实施例采用下述技术方案：
本申请实施例提供一种X、γ射线防护功能粉体的制备方法，包括：制备含层间水的氧化石墨烯；
根据所述含层间水的氧化石墨烯制备插层钨酸铋的第一氧化石墨烯粉体；
根据所述第一氧化石墨烯粉体制备插层氧化铕、氧化钐、氧化钆和氧化钡的第二氧化石墨烯粉体；
根据所述第一氧化石墨烯粉体和第二氧化石墨烯粉体制备X-射线辐射防护功能无铅粉体。
优选的，在上述的X、γ射线防护功能粉体的制备方法中，制备含层间水的氧化石墨烯，包括：
将膨化石墨和浓硫酸按照一定的比例进行混合，并在冰水浴下充分搅拌；
加入高锰酸钾直至所述高锰酸钾全部反应完毕；
加入去离子水后机械搅拌，在混合均匀后，加入过氧化氢，获得第一混合溶液；
用包含有盐酸与去离子水的第二混合溶液在离心分散条件下清洗所述第一混合溶液至中性，获得氧化石墨烯；
将所述氧化石墨烯在水热反应釜中，在第一温度条件下超声第一预设时间，获得含层间水的氧化石墨烯。
优选的，在上述的X、γ射线防护功能粉体的制备方法中，所述膨化石墨与浓硫酸质量比为1:30～1:40，所述膨化石墨与高锰酸钾的质量比为1:1～1:6，所述膨化石墨与过氧化氢的质量比为1:3～1:10，所述第二混合溶液中盐酸与去离子水的体积比为1:5～1:10；
所述第一温度为100～250℃，所述第一预设时间为1～10小时。
优选的，在上述的X、γ射线防护功能粉体的制备方法中，根据所述含层间水的氧化石墨烯制备插层钨酸铋的第一氧化石墨烯粉体，包括：
将硝酸铋溶解于稀硝酸中，在剧烈搅拌下，将获得的硝酸银溶液缓慢加入到钨酸钠的水溶液中；
加入氧化石墨烯溶液，获得第三混合溶液；
加入碱性溶液调节所述第三混合溶液的PH值至5～5.5，
再加入十六烷基三甲基溴化胺，以及聚乙二醇，搅拌第二预设时间后，获得凝胶；
然后将所述凝胶在第一预处理条件下处理，获得所述第一氧化石墨烯粉体。
优选的，在上述的X、γ射线防护功能粉体的制备方法中，所述硝酸铋与稀硝酸的质量比为1:2～1:5，所述硝酸铋与钨酸钠的质量比为3:1-5:1，所述硝酸铋与氧化石墨烯的质量比为1:2～1:5，所述十六烷基三甲基溴化胺的浓度为0.01M～0.1M，所述硝酸铋与聚乙二醇的质量比为1:3～1:5；
所述碱性溶液包括氢氧化钠溶液；
所述第二预设时间为6～10小时；
所述第一预处理条件包括：用乙醇洗涤、40～60℃烘干，300～500℃煅烧。
优选的，在上述的X、γ射线防护功能粉体的制备方法中，根据所述第一氧化石墨烯粉体制备插层氧化铕、氧化钐、氧化钆和氧化钡的第二氧化石墨烯粉体，包括：
将硝酸铕、硝酸钆、硝酸钐、硫酸钡混合溶液加入到氧化石墨烯溶液中，加入氨水超声处理第三预设时间后，转移至水热反应釜，在第二温度条件下水热反应第四预设时间，得到第四混合溶液；
将所述第四混合溶液在第二预处理条件下处理，获得所述第二氧化石墨烯粉体。
优选的，在上述的X、γ射线防护功能粉体的制备方法中，所述硝酸铕、硝酸钆、硝酸钐、硫酸钡混合溶液中硝酸铕的质量成分比为：30％～40％；硝酸钆的质量成分比为30％～40％；所述硝酸钐的质量成分比为10％～20％；所述硫酸钡的质量成分比为10％～20％；
所述硝酸铕、硝酸钆、硝酸钐、硫酸钡混合溶液与氧化石墨烯的1:3～1:5，所述硝酸铕、硝酸钆、硝酸钐、硫酸钡混合溶液与氨水的质量比为1:3～1:6；
所述第二温度为100～300℃，所述第三预设时间为2-4小时；所述第四预设时间为1～48小时；
所述第二预处理条件为：用乙醇洗涤、40～60℃烘干，再经过900～1200℃煅烧。
优选的，在上述的X、γ射线防护功能粉体的制备方法中，根据所述第一氧化石墨烯粉体和第二氧化石墨烯粉体制备X-射线辐射防护功能无铅粉体，包括：
将所述第一氧化石墨烯粉体和第二氧化石墨烯粉体按照3：1～5：1的摩尔比均匀混合，即可获得X-射线辐射防护功能无铅粉体。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：制备出的纳米粉体中钨酸铋和氧化石墨烯的片层结构对X、γ射线起到了有效散射的作用，纳米化稀土氧化物形成的多带隙体系对X、γ射线起到了多级吸收的作用，金属元素对X、γ射线起到了屏蔽的作用，多种效应的协同作用，对不同能级的X、γ射线达到高防护的效果。其次，制备出的功能粉体具有无铅和轻量化的特点，在X、γ射线辐射防护方面有良好的应用前景。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例中一种X、γ射线防护功能粉体的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1为本申请实施例提供的一种X、γ射线防护功能粉体的制备方法的流程示意图。所述方法可以如下所示。所述方法包括：制备含层间水的氧化石墨烯，如图1中的步骤S101所示；根据所述含层间水的氧化石墨烯制备插层钨酸铋的第一氧化石墨烯粉体，如图1中的步骤S103所示；根据所述第一氧化石墨烯粉体制备插层氧化铕、氧化钐、氧化钆和氧化钡的第二氧化石墨烯粉体如图1中的步骤S105；根据所述第一氧化石墨烯粉体和第二氧化石墨烯粉体制备X-射线辐射防护功能无铅粉体，如图1中的步骤S107。
步骤S101，制备含层间水的氧化石墨烯。
具体的，首先，将膨化石墨和浓硫酸按照一定的比例进行混合，并在冰水浴下充分搅拌。所述膨化石墨与浓硫酸质量比为1:30～1:40。
然后，再加入高锰酸钾直至所述高锰酸钾全部反应完毕，所述膨化石墨与高锰酸钾的质量比为1:1～1:6。
接下来，加入去离子水后机械搅拌，在混合均匀后，加入过氧化氢，获得第一混合溶液，所述膨化石墨与过氧化氢的质量比为1:3～1:10。
用包含有盐酸与去离子水的第二混合溶液在离心分散条件下清洗所述第一混合溶液至中性，获得氧化石墨烯。其中，所述第二混合溶液中盐酸与去离子水的体积比为1:5～1:10。
将所述氧化石墨烯在水热反应釜中，在第一温度条件下超声第一预设时间，获得含层间水的氧化石墨烯。其中，所述第一温度为100～250℃，所述第一预设时间为1～10小时。
步骤S103，根据所述含层间水的氧化石墨烯制备插层钨酸铋的第一氧化石墨烯粉体。
具体的，将硝酸铋溶解于稀硝酸中，在剧烈搅拌下，将获得的硝酸盐溶液缓慢加入到钨酸钠的水溶液中，所述硝酸铋与稀硝酸的质量比为1:2～1:5，所述硝酸铋与钨酸钠的质量比为3:1-5:1。
加入氧化石墨烯溶液，获得第三混合溶液，其中，所述硝酸铋与氧化石墨烯的质量比为1:2～1:5。
再加入碱性溶液调节所述第三混合溶液的PH值至5～5.5，所述所述碱性溶液包括但不限于氢氧化钠溶液。
再加入十六烷基三甲基溴化胺，以及聚乙二醇，搅拌第二预设时间后，获得凝胶。其中，所述十六烷基三甲基溴化胺的浓度为0.01M～0.1M，所述硝酸铋与聚乙二醇的质量比为1:3～1:5，所述第二预设时间为6～10小时。
然后将所述凝胶在第一预处理条件下处理，获得所述第一氧化石墨烯粉体。所述第一预处理条件包括：用乙醇洗涤、40～60℃烘干，300～500℃煅烧。
步骤S105，根据所述第一氧化石墨烯粉体制备插层氧化铕、氧化钐、氧化钆和氧化钡的第二氧化石墨烯粉体。
具体的，将硝酸铕、硝酸钆、硝酸钐、硫酸钡混合溶液加入到氧化石墨烯溶液中，加入氨水超声处理第三预设时间后，转移至水热反应釜，在第二温度条件下水热反应第四预设时间，得到第四混合溶液。所述硝酸铕、硝酸钆、硝酸钐、硫酸钡混合溶液中硝酸铕的质量成分比为：30％～40％；硝酸钆的质量成分比为30％～40％；所述硝酸钐的质量成分比为10％～20％；所述硫酸钡的质量成分比为10％～20％，所述第二温度为100～300℃，所述第三预设时间为2-4小时；所述第四预设时间为1～48小时。
将所述第四混合溶液在第二预处理条件下处理，获得所述第二氧化石墨烯粉体。所述第二预处理条件为：用乙醇洗涤、40～60℃烘干，再经过900～1200℃煅烧。
步骤S107，根据所述第一氧化石墨烯粉体和第二氧化石墨烯粉体制备X-射线辐射防护功能无铅粉体。
具体的，将所述第一氧化石墨烯粉体和第二氧化石墨烯粉体按照3：1～5：1的摩尔比均匀混合，即可获得X-射线辐射防护功能无铅粉体。
接下来，以一个具体的实施例进行说明。
首先，取4g膨化石墨和184ml浓硫酸置于玻璃容器内，冰水浴下充分搅拌；缓慢加入3g高锰酸钾直至高锰酸钾全部反应，再加入200ml去离子水在一定温度下机械搅拌，混合均匀后加入20ml的过氧化氢，溶液由棕黑色变成亮黄色；用300ml盐酸与去离子水(稀盐酸与去离子水的比例为1:9)离心分散条件下清洗溶液至中性，得到氧化石墨烯。
然后，取上述制备的氧化石墨烯于水热反应釜中，135℃下超声2小时制得含层间水的氧化石墨烯。
接下来，将3g五水硝酸铋溶解于6g稀硝酸中，在剧烈搅拌下，将硝酸盐溶液缓慢加入到含有1g钨酸钠的水溶液中，再加入6g含层间水的氧化石墨烯溶液，加入氢氧化钠溶液调节PH至5～5.5，然后加入2.5g0.01M十六烷基三甲基溴化胺，加入9g聚乙二醇搅拌6～10小时，得到的凝胶用乙醇洗涤、40～60℃烘干，300～500℃煅烧，得到插层钨酸铋的第一氧化石墨烯粉体。
再然后，将1g硝酸铕、硝酸钆、硝酸钐、硫酸钡的混合溶液加入到2g含层间水的氧化石墨烯溶液中(硝酸铕、硝酸钆、硝酸钐、硫酸钡所占的质量成分比分别为30％、30％、20％和20％)，加入3g氨水强力超声2-4小时，转移至水热反应釜内100～300℃的温度条件下水热反应1～48h，得到的溶液用乙醇洗涤、40～60℃烘干，再经过900～1200℃煅烧，得到插层氧化铕、氧化钐、氧化钆和氧化钡的第二氧化石墨烯粉体。
最后，将第一氧化石墨烯粉体和第二氧化石墨烯粉体按4：1的摩尔比均匀混合即得X-射线辐射防护功能无铅粉体。
在本申请实施例提供的X、γ射线防护功能粉体的制备方法中，根据本方法制备出的纳米粉体中钨酸铋和氧化石墨烯的片层结构对X、γ射线起到了有效散射的作用，纳米化稀土氧化物形成的多带隙体系对X、γ射线起到了多级吸收的作用，金属元素对X、γ射线起到了屏蔽的作用，多种效应的协同作用，对不同能级的X、γ射线达到高防护的效果。其次，制备出的功能粉体具有无铅和轻量化的特点，在X、γ射线辐射防护方面有良好的应用前景。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种X、γ射线防护功能粉体的制备方法，其特征在于，包括：
制备含层间水的氧化石墨烯；
根据所述含层间水的氧化石墨烯制备插层钨酸铋的第一氧化石墨烯粉体；
根据所述第一氧化石墨烯粉体制备插层氧化铕、氧化钐、氧化钆和氧化钡的第二氧化石墨烯粉体；
根据所述第一氧化石墨烯粉体和第二氧化石墨烯粉体制备X-射线辐射防护功能无铅粉体。
2.根据权利要求1所述的X、γ射线防护功能粉体的制备方法，其特征在于，制备含层间水的氧化石墨烯，包括：
将膨化石墨和浓硫酸按照一定的比例进行混合，并在冰水浴下充分搅拌；
加入高锰酸钾直至所述高锰酸钾全部反应完毕；
加入去离子水后机械搅拌，在混合均匀后，加入过氧化氢，获得第一混合溶液；
用包含有盐酸与去离子水的第二混合溶液在离心分散条件下清洗所述第一混合溶液至中性，获得氧化石墨烯；
将所述氧化石墨烯在水热反应釜中，在第一温度条件下超声第一预设时间，获得含层间水的氧化石墨烯。
3.根据权利要求2所述的X、γ射线防护功能粉体的制备方法，其特征在于，所述膨化石墨与浓硫酸质量比为1:30～1:40，所述膨化石墨与高锰酸钾的质量比为1:1～1:6，所述膨化石墨与过氧化氢的质量比为1:3～1:10，所述第二混合溶液中盐酸与去离子水的体积比为1:5～1:10；
所述第一温度为100～250℃，所述第一预设时间为1～10小时。
4.根据权利要求1所述的X、γ射线防护功能粉体的制备方法，其特征在于，根据所述含层间水的氧化石墨烯制备插层钨酸铋的第一氧化石墨烯粉体，包括：
将硝酸铋溶解于稀硝酸中，在剧烈搅拌下，将获得的硝酸银溶液缓慢加入到钨酸钠的水溶液中；
加入氧化石墨烯溶液，获得第三混合溶液；
加入碱性溶液调节所述第三混合溶液的PH值至5～5.5；
再加入十六烷基三甲基溴化胺，以及聚乙二醇，搅拌第二预设时间后，获得凝胶；
然后将所述凝胶在第一预处理条件下处理，获得所述第一氧化石墨烯粉体。
5.根据权利要求4所述的X、γ射线防护功能粉体的制备方法，其特征在于，所述硝酸铋与稀硝酸的质量比为1:2～1:5，所述硝酸铋与钨酸钠的质量比为3:1-5:1，所述硝酸铋与氧化石墨烯的质量比为1:2～1:5，所述十六烷基三甲基溴化胺的浓度为0.01M～0.1M，所述硝酸铋与聚乙二醇的质量比为1:3～1:5；
所述碱性溶液包括氢氧化钠溶液；
所述第二预设时间为6～10小时；
所述第一预处理条件包括：用乙醇洗涤、40～60℃烘干，300～500℃煅烧。
6.根据权利要求1所述的X、γ射线防护功能粉体的制备方法，其特征在于，根据所述第一氧化石墨烯粉体制备插层氧化铕、氧化钐、氧化钆和氧化钡的第二氧化石墨烯粉体，包括：
将硝酸铕、硝酸钆、硝酸钐、硫酸钡混合溶液加入到氧化石墨烯溶液中，加入氨水超声处理第三预设时间后，转移至水热反应釜，在第二温度条件下水热反应第四预设时间，得到第四混合溶液；
将所述第四混合溶液在第二预处理条件下处理，获得所述第二氧化石墨烯粉体。
7.根据权利要求6所述的X、γ射线防护功能粉体的制备方法，其特征在于，所述硝酸铕、硝酸钆、硝酸钐、硫酸钡混合溶液中硝酸铕的质量成分比为：30％～40％；硝酸钆的质量成分比为30％～40％；所述硝酸钐的质量成分比为10％～20％；所述硫酸钡的质量成分比为10％～20％；
所述硝酸铕、硝酸钆、硝酸钐、硫酸钡混合溶液与氧化石墨烯的1:3～1:5，所述硝酸铕、硝酸钆、硝酸钐、硫酸钡混合溶液与氨水的质量比为1:3～1:6；
所述第二温度为100～300℃，所述第三预设时间为2-4小时；所述第四预设时间为1～48小时；
所述第二预处理条件为：用乙醇洗涤、40～60℃烘干，再经过900～1200℃煅烧。
8.根据权利要求1所述的X、γ射线防护功能粉体的制备方法，其特征在于，根据所述第一氧化石墨烯粉体和第二氧化石墨烯粉体制备X-射线辐射防护功能无铅粉体，包括：
将所述第一氧化石墨烯粉体和第二氧化石墨烯粉体按照3：1～5：1的摩尔比均匀混合，即可获得X-射线辐射防护功能无铅粉体。
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