CN109847726B

CN109847726B - 一种铯吸附富集滤芯的制备方法

Info

Publication number: CN109847726B
Application number: CN201910165272.XA
Authority: CN
Inventors: 李军; 侯莉; 卢忠远
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2022-03-25
Anticipated expiration: 2039-03-05
Also published as: CN109847726A

Abstract

本发明公开了一种铯吸附富集滤芯的制备方法，其特征是：按100重量份偏高岭土、85～130重量份的水玻璃溶液、20～65重量份的表面活性剂溶液、0～3重量份的短切纤维的重量配比取各原料，混合制得浆体；将浆体注入钢制模具中，密闭，置于温度15～25℃、湿度≥90%的环境中养护3天后，脱模；继续养护至第28天，干燥，冷却，即制得铯吸附富集滤芯。本发明制备的铯吸附富集滤芯抗压强度0.5～10.0 MPa，表观密度200～800kg/m³，孔隙率75～90%，铯离子吸附容量＞60mg/g。采用本发明，滤芯室温制备、自身具备铯吸附富集功能、铯吸附容量高、力学性能好，可用于含放射性铯的废水净化处理。

Description

一种铯吸附富集滤芯的制备方法

技术领域

本发明属于过滤吸附材料的制备及含铯放射性废液的处理，涉及一种铯吸附富集滤芯的制备方法。本发明制备的铯吸附富集滤芯特别适于作为过滤吸附材料，用于含铯放射性废水的处理。

背景技术

核工业、核设施/装备运行、维护、退役及发生事故等各个环节都会产生放射性废水，在最终处理处置前需对放射性废水进行处理，以降低其核素含量和放射性水平。目前，放射性废水比较成熟的处理手段是化学沉淀、蒸发和离子交换。¹³⁷Cs是放射性废水中所含的最主要裂变产物之一，其半衰期长、释热率高，此外铯属于碱金属族，铯离子相对于其他放射性核素具有更高的水溶解性和迁移性。基于铯离子的特性，在含铯的放射性废水处理实际应用中，化学沉淀、蒸发和离子交换吸附等几种手段通常是组合使用。但仍存在如下问题：化学沉淀剂或离子交换/吸附剂为过渡金属的铁氰化合物、磷钨酸盐或磷钼酸盐、四苯基硼酸盐、无机磷酸盐、沸石、树脂的粉体或颗粒，沉淀泥浆难于分离、有机物易分解、交换吸附选择和竞争性，使得铯的吸附分离效率低，沉淀吸附产物更难于处理；而在离子吸附交换过程中，为方便分离，铯离子交换吸附剂多需要负载于多孔滤芯上，需要单独制备负载交换吸附剂的滤芯；处理系统维护过程复杂，对设备的要求较高，操作难度大，成本高。以上均使得在放射性废水的前处理过程中，铯的吸附分离成为难点，目前还缺少对铯具有高效吸附分离富集的过滤材料及其制备工艺。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有含铯放射性废水处理技术中的不足，提供一种铯吸附富集滤芯的制备方法。本发明方法所制备的铯吸附富集滤芯，无需二次负载交换吸附剂，自身具有废水过滤、铯离子吸附和富集功能，其制备工艺简单，条件温和，将进一步简化含铯放射性废水的处理工艺，提高铯的去除效率。

本发明的内容是：一种铯吸附富集滤芯的制备方法，其特征是步骤为：

a、按100重量份偏高岭土、85～130重量份的水玻璃溶液(或称水玻璃)、20～65重量份的表面活性剂溶液、以及0～3重量份的短切纤维的重量配比取各原料，混合搅拌均匀，制得浆体；

b、将浆体注入钢制模具中，密闭，置于温度15～25℃、湿度≥90％的环境中养护3d(天)后，脱模，得到脱模后的试样；

c、脱模后的试样在温度15～25℃、湿度≥90％的环境中继续养护至第28d(天)龄期，然后置于55～65℃的鼓风干燥箱中干燥至质量不再变化，冷却，即制得铯吸附富集滤芯。

本发明的内容中：步骤a中所述短切纤维的重量较好的为0.1～3重量份。

本发明的内容中：步骤a中所述的偏高岭土的主要化学成分和重量百分比例组成为SiO₂ 50～55％、Al₂O₃ 40～45％、其它微量组分(例如Fe₂O₃、Na₂O、K₂O、CaO等)3％～5％，并且各组分的总和为100％；所述偏高岭土可以为内蒙古超牌高岭土有限公司生产的K1300型偏高岭土。

本发明的内容中：步骤a中所述的水玻璃溶液可以是钠水玻璃溶液(或称钠水玻璃)或/和钾水玻璃溶液(或称钾水玻璃)；

所述钠水玻璃溶液的主要化学成分和重量百分比例组成为SiO₂ 20.77～27.98％、Na₂O 12.45～34.76％、H₂O 43.06～63.44％，并且各组分的总和为100％；

所述钾水玻璃溶液的主要化学成分和重量百分比例组成为SiO₂ 20.77～27.98％、K₂O 12.45～34.76％、H₂O 43.06～63.44％，并且各组分的总和为100％。

本发明的内容中：步骤a中所述的表面活性剂溶液可以是质量百分含量为1％的十二烷基硫酸钠水溶液、十六烷基三甲基溴化铵水溶液、以及烷基酚聚氧乙烯醚水溶液中的一种或两种以上的混合物。

本发明的内容中：步骤a中所述的短切纤维可以是短切碳纤维、短切玻璃纤维或短切玄武岩纤维；该短切纤维的长度较好的为1～15mm。

本发明的内容中：步骤b中所述的钢制模具为尺寸不小于内径Φ5cm的圆柱形或边长不小于5cm的立方体形。

本发明的内容中：步骤c所述制得铯吸附富集滤芯的抗压强度0.5～10MPa，表观密度200～800kg/m³，孔隙率75～90％，铯离子吸附容量＞60mg/g。

与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：

(1)采用本发明，偏高岭土和水玻璃可以在室温下反应生成具有一定力学性能的凝固体，该凝固体为类沸石凝胶结构，对铯离子具有优异的吸附性；同时，短切纤维表面有微孔或活性羟基，也对铯离子具有一定的吸附作用；

(2)在搅拌原料混合物制备浆体过程中，表面活性剂溶液包裹空气形成气泡，在浆体浇注固化后，在样品中产生了气孔，使得所制备滤芯呈多孔结构，该多孔结构能够允许溶液中的水渗透、而能截留溶液中的大颗粒和胶体，从而起到过滤净化作用；

(3)采用本发明，类沸石凝胶、纤维、气孔组合形成多孔凝固体，具有良好的力学性能，可按需成型不同形状，自身具有过滤、铯离子吸附富集等多功能，无需后续加工负载其他过滤吸附材料；

(4)采用本发明，滤芯室温制备、条件温和，各种原材料易于获得，成本低；且能简化含铯放射性废水处理工艺，铯吸附富集效率高、铯吸附容量大，易于工业企业规模化生产；

(5)采用本发明，滤芯室温制备、自身具备铯吸附富集功能、无需负载其他过滤吸附膜或吸附剂、铯吸附容量高、力学性能好、工艺及设备简单，可用于含放射性铯的废水净化处理，实用性强。

附图说明

图1是实施例3制得铯吸附富集滤芯的产品的外观照片，图1表明实施例3产品为高孔隙率、肉眼可见孔的多孔凝固体；

图2是实施例3制得铯吸附富集滤芯的产品的扫描电镜土坯，图2表明实施例3产品的孔径尺寸在0.5mm以下，且孔壁有连通现象。

具体实施方式

下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1：

一种铯吸附富集滤芯的制备方法，步骤为：按100重量份偏高岭土、85重量份的水玻璃溶液、65重量份的表面活性剂溶液以及3重量份的短切纤维的重量配比取各原料，混合搅拌制得均匀浆体；将浆体注入钢制模具中，密闭，置于温度20±5℃、湿度≥90％的环境中养护3d后，脱模；脱模后的试样在温度20±5℃、湿度≥90％的环境中继续养护至第28d龄期，然后置于60±5℃的鼓风干燥箱中干燥至质量不再变化，冷却，得到铯吸附富集滤芯；

实施例2：

一种铯吸附富集滤芯的制备方法，步骤为：按100重量份偏高岭土、100重量份的水玻璃溶液、50重量份的表面活性剂溶液以及2重量份的短切纤维的重量配比取各原料，混合搅拌制得均匀浆体；将浆体注入钢制模具中，密闭，置于温度20±5℃、湿度≥90％的环境中养护3d后，脱模；脱模后的试样在温度20±5℃、湿度≥90％的环境中继续养护至第28d龄期，然后置于60±5℃的鼓风干燥箱中干燥至质量不再变化，冷却，得到铯吸附富集滤芯；

实施例3：

一种铯吸附富集滤芯的制备方法，步骤为：按100重量份偏高岭土、115重量份的水玻璃溶液、35重量份的表面活性剂溶液以及1重量份的短切纤维的重量配比取各原料，混合搅拌制得均匀浆体；将浆体注入钢制模具中，密闭，置于温度20±5℃、湿度≥90％的环境中养护3d后，脱模；脱模后的试样在温度20±5℃、湿度≥90％的环境中继续养护至第28d龄期，然后置于60±5℃的鼓风干燥箱中干燥至质量不再变化，冷却，得到铯吸附富集滤芯；

实施例4：

一种铯吸附富集滤芯的制备方法，步骤为：按100重量份偏高岭土、130重量份的水玻璃溶液、20重量份的表面活性剂溶液以及0重量份的短切纤维的重量配比取各原料，混合搅拌制得均匀浆体；将浆体注入钢制模具中，密闭，置于温度20±5℃、湿度≥90％的环境中养护3d后，脱模；脱模后的试样在温度20±5℃、湿度≥90％的环境中继续养护至第28d龄期，然后置于60±5℃的鼓风干燥箱中干燥至质量不再变化，冷却，得到铯吸附富集滤芯；

实施例1～4所制备的铯吸附富集滤芯性能：

实施例5～7：

一种铯吸附富集滤芯的制备方法，步骤为：按与实施例5相同的方法进行实验，但改变表面活性剂溶液的用量为65、50、20重量份进行实验。

实施例8：

一种铯吸附富集滤芯的制备方法，步骤为：

a、按100重量份偏高岭土、85重量份的水玻璃溶液(或称水玻璃)、20重量份的表面活性剂溶液的重量配比取各原料，混合搅拌均匀，制得浆体；

b、将浆体注入钢制模具中，密闭，置于温度15℃、湿度≥90％的环境中养护3d(天)后，脱模，得到脱模后的试样；

c、脱模后的试样在温度15℃、湿度≥90％的环境中继续养护至第28d(天)龄期，然后置于55℃的鼓风干燥箱中干燥至质量不再变化，冷却，即制得铯吸附富集滤芯。

实施例9：

一种铯吸附富集滤芯的制备方法，步骤为：

a、按100重量份偏高岭土、130重量份的水玻璃溶液(或称水玻璃)、65重量份的表面活性剂溶液的重量配比取各原料，混合搅拌均匀，制得浆体；

b、将浆体注入钢制模具中，密闭，置于温度25℃、湿度≥90％的环境中养护3d(天)后，脱模，得到脱模后的试样；

c、脱模后的试样在温度25℃、湿度≥90％的环境中继续养护至第28d(天)龄期，然后置于65℃的鼓风干燥箱中干燥至质量不再变化，冷却，即制得铯吸附富集滤芯。

实施例10：

一种铯吸附富集滤芯的制备方法，步骤为：

a、按100重量份偏高岭土、108重量份的水玻璃溶液(或称水玻璃)、43重量份的表面活性剂溶液的重量配比取各原料，混合搅拌均匀，制得浆体；

b、将浆体注入钢制模具中，密闭，置于温度20℃、湿度≥90％的环境中养护3d(天)后，脱模，得到脱模后的试样；

c、脱模后的试样在温度20℃、湿度≥90％的环境中继续养护至第28d(天)龄期，然后置于60℃的鼓风干燥箱中干燥至质量不再变化，冷却，即制得铯吸附富集滤芯。

实施例11：

一种铯吸附富集滤芯的制备方法，步骤为：

a、按100重量份偏高岭土、85重量份的水玻璃溶液(或称水玻璃)、20重量份的表面活性剂溶液、以及0.1重量份的短切纤维的重量配比取各原料，混合搅拌均匀，制得浆体；

实施例12：

一种铯吸附富集滤芯的制备方法，步骤为：

a、按100重量份偏高岭土、130重量份的水玻璃溶液(或称水玻璃)、65重量份的表面活性剂溶液、以及3重量份的短切纤维的重量配比取各原料，混合搅拌均匀，制得浆体；

实施例13：

一种铯吸附富集滤芯的制备方法，步骤为：

a、按100重量份偏高岭土、107重量份的水玻璃溶液(或称水玻璃)、43重量份的表面活性剂溶液、以及1.5重量份的短切纤维的重量配比取各原料，混合搅拌均匀，制得浆体；

c、脱模后的试样在温度20℃、湿度≥90％的环境中继续养护至第28d(天)龄期，然后置于50℃的鼓风干燥箱中干燥至质量不再变化，冷却，即制得铯吸附富集滤芯。

上述实施例中：步骤a中所述的偏高岭土的主要化学成分和重量百分比例组成为SiO₂ 50～55％、Al₂O₃ 40～45％、其它微量组分(例如Fe₂O₃、Na₂O、K₂O、CaO等)3％～5％，并且各组分的总和为100％；所述偏高岭土可以为内蒙古超牌高岭土有限公司生产的K1300型偏高岭土。

上述实施例中：步骤a中所述的水玻璃溶液可以是钠水玻璃溶液(或称钠水玻璃)或/和钾水玻璃溶液(或称钾水玻璃)；

上述实施例中：步骤a中所述的表面活性剂溶液可以是质量百分含量为1％的十二烷基硫酸钠水溶液、十六烷基三甲基溴化铵水溶液、以及烷基酚聚氧乙烯醚水溶液中的一种或两种以上的混合物。

上述实施例中：步骤a中所述的短切纤维可以是短切碳纤维、短切玻璃纤维或短切玄武岩纤维；该短切纤维的长度为1～15mm。

上述实施例中：步骤b中所述的钢制模具为尺寸不小于内径Φ5cm的圆柱形或边长不小于5cm的立方体形。

上述实施例8-13中：步骤c所述制得铯吸附富集滤芯的抗压强度在0.5～10MPa范围中，表观密度在200～800kg/m³，范围中，孔隙率在75～90％范围中，铯离子吸附容量＞60mg/g。

上述实施例中：所采用的各原料均为市售产品。

上述实施例中：所采用的百分比例中，未特别注明的，均为重量(质量)百分比例或本领域技术人员公知的百分比例；所述重量(质量)份可以均是克或千克。

上述实施例中：各步骤中的工艺参数(温度、时间等)和各组分用量数值等为范围的，任一点均可适用。

本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。

上述实施例只选择了不同偏高岭土、水玻璃、短切纤维的用量，进行多孔铯沸石型材的制备，对于本技术领域的技术人员可以轻易的在这些实施例基础上做出不同的修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中不必经过创造性的劳动，因此，本发明不限于上述实施例；本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims

1.一种铯吸附富集滤芯的制备方法，其特征是步骤为：

a、按100重量份偏高岭土、85～130重量份的水玻璃溶液、20～65重量份的表面活性剂溶液、以及0.1～3重量份的短切纤维的重量配比取各原料，混合搅拌均匀，制得浆体；

所述的表面活性剂溶液是质量百分含量为1%的十二烷基硫酸钠水溶液、十六烷基三甲基溴化铵水溶液、以及烷基酚聚氧乙烯醚水溶液中的一种或两种以上的混合物；

b、将浆体注入钢制模具中，密闭，置于温度15～25℃、湿度≥90%的环境中养护3d后，脱模，得到脱模后的试样；

c、脱模后的试样在温度15～25℃、湿度≥90%的环境中继续养护至第28d龄期，然后置于55～65℃的鼓风干燥箱中干燥至质量不再变化，冷却，即制得铯吸附富集滤芯。

2.按权利要求1所述铯吸附富集滤芯的制备方法，其特征是：步骤a中所述的偏高岭土的主要化学成分和重量百分比例组成为SiO₂ 50～55 %、Al₂O₃ 40～45%、其它微量组分3%～5%。

3.按权利要求1所述铯吸附富集滤芯的制备方法，其特征是：步骤a中所述的水玻璃溶液是钠水玻璃溶液或/和钾水玻璃溶液；

所述钠水玻璃溶液的主要化学成分和重量百分比例组成为 SiO₂20.77～27.98%、Na₂O12.45～34.76%、H₂O 43.06～63.44%；

所述钾水玻璃溶液的主要化学成分和重量百分比例组成为 SiO₂20.77～27.98%、K₂O12.45～34.76%、H₂O 43.06～63.44%。

4.按权利要求1所述铯吸附富集滤芯的制备方法，其特征是：步骤a中所述的短切纤维是短切碳纤维、短切玻璃纤维或短切玄武岩纤维。

5.按权利要求1所述铯吸附富集滤芯的制备方法，其特征是：步骤b中所述的钢制模具为尺寸不小于内径Φ5cm的圆柱形或边长不小于5cm的立方体形。

6.按权利要求1所述的铯吸附富集滤芯的制备方法，其特征是：步骤c所述制得铯吸附富集滤芯的抗压强度0.5～10MPa，表观密度200～800kg/m³，孔隙率75～90%，铯离子吸附容量＞60mg/g。