CN112225907A - 一种放射性沾染物水基消控乳液的制备及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种放射性沾染物水基消控乳液的制备及其使用方法，其制备包括：(1)、粘度调节液的制备；(2)、吸附成分液的制备；(3)将前述制备的粘度调节液与吸附成分液按照质量(1‑3)：1的比例室温下混合(20‑40)min；再超声震荡(20‑40)min；继续搅拌(0.5‑1.5)h；将树脂乳液与前述制备(3)中的组分液、防腐剂、酸碱调节剂、消泡剂、防冻剂在机械搅拌作用下混合均匀，制备所得本发明乳液。采用本发明公开的一种放射性沾染物水基消控乳液用于放射性沾染区放射性沉降粉尘的扩散控制或扩散控制与压制预处理，具有分散均匀、储存稳定性较好、可随时罐装使用等优点。

Description

一种放射性沾染物水基消控乳液的制备及使用方法
技术领域
本发明属于膜法去污技术领域，具体涉及一种放射性沾染物水基消控乳液的制备及其使用方法。
背景技术
核能作为一种绿色高效的新能源近年来发展迅猛，在核技术的应用中虽然采取了一系列的安全防护措施，但是核事故的发生仍不可避免。2011年日本福岛核事故中，压力容器泄压、核反应堆爆炸、冷却水泄露等过程导致了放射性污染物向环境中的释放，同时空气中的放射性物质会随着气流的运动发生扩散，污染更大面积的区域；泄漏到水体中的放射性污染也会随洋流运动等因素扩散污染。放射性物质在大气中的扩散受到降雨、风强和风向的影响，通过干沉降和湿沉降的方式最终降到地表，极大的危害陆地环境。
从涉核辐射后果应急处置技术理论研究与分析部分可以看出，不同应急处置对象，有不同的应急处置要求和技术方法。常用的去污方法包括物理方法和化学方法，物理方法包括机械去污法(包括擦拭、擦洗、喷砂去污、钻孔去污等)、超声去污法、高压射流去污法、超临界流体去污法、可剥离膜去污法等；化学方法包括电化学去污法、化学凝胶法、化学泡沫法等。
根据辐射后果应急处置原则及构成所考虑的主要因素，从技术先进性、应用可行性和完善性、力量建设可能性及生态环境保护出发，膜法在辐射后果应急处置体系中具有无与伦比的优势，在不同介质表面放射性污染的工程扩散控制与消除应用最广泛，扩散控制与去污效果都比较理想；围绕膜法即剥离型膜体大面积压制去污方法、即控即清去污法—压制去污膜法、自碎式压制去污法的基本原理建立放射性污染工程控制与消除的干法技术体系。
可剥离膜去污法是指可剥离去污剂在固化成膜过程中与放射性核素接触，将其吸附、包埋或发生化学作用最后结合到聚合物中，干燥后将膜体剥离达到去污效果。与其他去污法相比，该方法具有操作简单、去污效果显著、废物量少等优点，是一种经济高效的去污方法。理想的可剥离涂层应具备以下性能：固化成膜时间短、粘度低、较好的耐水性、耐酸性、一定的力学性能、剥离完整性等。
在实际使用时，去污方法是相互交叉和渗透的，有些方法仅在建筑物和装备局部物件表面使用，有的方法需要进行改良才可在核应急状态选择使用；主要体现在以下几个方面：(1)表层迁移控制效果达不到应急处置要求，否则代价巨大；(2)原本固状核污染物转化为流动性好、处置更困难的废水，核污染的固定、迁移控制极为困难； (3)易造成次生或二次污染；(4)核污染压制不彻底；(5)废物量大，运输、储存或处置费用高；(6)作业效率低，处置周期长，人员受照剂量大，需要笨重的辐射防护设备；上述弊端大大限制了这些传统方法在开阔区域地面应急控制压制领域的应用，因此本发明一种放射性沾染物水基消控乳液，改善了以前压制去污剂粉液混合式、现场使用时需提供搅拌设备且粉剂飘散污染环境、混合要求高等缺陷。
发明内容
本发明提供了一种放射性沾染物水基消控乳液的制备技术及其使用方法，该功能材料具有与基材粘附力强，消控效果显著，使用操作简单等优点，能够适应应急事故快速处理的要求。
一种放射性沾染物水基消控乳液的制备包括以下步骤：
1、ACC(制备过程的一种混合液简称)组分液的制备：
ACC组分液的制备过程包括：粘度调节液的制备和吸附成分液的制备。
(1)、粘度调节液的制备：将淀粉、纤维素与蒸馏水按照质量1:(80-120)的比例，优选比例为1：100；分别在60-80℃条件下糊化10-30min后混合，优选为在70℃条件下糊化20min；在相同温度条件下，继续糊化(20-40)min，优选为30min；
前述粘度调节液制备中的淀粉可以是玉米淀粉、太白粉、马铃薯淀粉、菱角淀粉、莲藕淀粉、葛粉或木薯粉等，优选为玉米淀粉；
前述粘度调节液制备中的纤维素可以是甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素等，优选为甲基纤维素；
(2)、吸附成分液的制备：将具有吸附性的物质与蒸馏水按照质量1:(80-120) 的比例润湿(20-40)min；优选为1:100的比例润湿30min；
前述吸附成分液制备中吸附性的物质可以是水溶性炭粉、炭黑、石墨烯、沸石分子筛、碳分子筛等，优选为水溶性炭粉；
(3)ACC组分液的制备：将前述制备的粘度调节液与吸附成分液按照质量(1-3)： 1的比例，优选为2:1的比例，室温下混合(20-40)min，优选为30min；再超声震荡(20-40)min，优选为30min；继续搅拌(0.5-1.5)h，优选为1h。
2、放射性沾染物水基消控乳液的制备：
将树脂乳液与前述制备的ACC组分液、防腐剂、酸碱调节剂、消泡剂、防冻剂在机械搅拌作用下混合均匀；
所述树脂乳液的量规定为100份，其他组分的质量分别为：ACC组分液1-30份，优选为15份；防腐剂0.1-1份，优选为0.5份；酸碱调节剂0.5-1份，优选为0.7份；消泡剂0.05-0.2份，优选为0.12份；防冻剂0.2-1份，优选为0.6份；
所述树脂乳液可以是水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、水性环氧树脂、水性醋酸乙酯、聚乙烯醇或氯醋树脂等，优选为水性丙烯酸树脂；
所述防腐剂可以是1,2-苯丙异噻唑啉-3-酮(BIT)、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)、或BIT与MIT混合物等；优选为BIT与MIT混合物；
所述酸碱调节剂可以是氨水、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺等；优选为氨水；
所述消泡剂可以是有机硅类消泡剂、非有机硅类消泡剂(醇类、矿物油类、脂肪酸类等)或聚醚类等；优选为矿物油类消泡剂；
所述防冻剂可以是乙二醇、丙二醇、异丙醇、一缩二乙二醇、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚中的至少一种，优选为乙二醇。
最后制得本发明一种放射性沾染物水基消控乳液。
一种放射性沾染物水基消控乳液的使用方法，包括以下步骤：
(1)按前述制备方法将放射性沾染物水基消控乳液制作备用；
(2)根据核事故应急响应放射性污染控制压制的要求，确定沾染应急处置目标区的面积及其地表特征；
(3)根据地表特点和任务要求选定作业机械或器材，任务要求为：放射性沾染区放射性沉降粉尘的扩散控制或扩散控制与压制预处理，自然环境条件；
(4)根据上一步骤的任务要求，按照扩散控制1.0～1.2kg/m2的用量将放射性沾染物水基消控乳液均匀布洒在应急处置目标区域表面，压制覆盖目标区域上沾染物的迁移、扩散或再悬浮，并在目标区域表层形成包埋着放射性沾染物的共聚膜；实现对放射性污染物快速压制，为后期处置、压制做好准备。
本发明的有益效果
本发明提供了一种放射性沾染物水基消控乳液的制备及其使用方法，该功能材料为已分散均匀、储存稳定性较好、可随时灌装使用的混合组液，通过布洒设备将该水基消控乳液均匀布洒到介质上，在介质表面形成一层包埋、吸附、黏结放射性粉尘颗粒且致密性较好的共聚膜，能够有效覆盖压制介质表面上的放射性粉尘颗粒，防止放射性粉尘颗粒的悬浮和迁移，实现快速压制的目的。
本发明所述的一种放射性沾染物水基消控乳液具有与基材粘附力强；消控去污效果显著；粘度低，对设备要求低，普适性强；使用操作简单的优点，能够适应应急事故快速处理的要求。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明，目的在于使本领域技术人员对本申请有更加清楚的理解和认识。以下各具体实施例不应在任何程度上被理解或解释为对本申请权利要求书请求保护范围的限制，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
实施例一、一种放射性沾染物水基消控乳液的制备包括以下步骤：
1、ACC(制备过程的一种混合液简称)组分液的制备：
ACC组分液的制备过程包括：粘度调节液的制备和吸附成分液的制备。
(1)、粘度调节液的制备：将马铃薯淀粉、羟丙基甲基纤维素与蒸馏水按照质量 1:80的比例，分别置于恒温磁力搅拌水浴锅中，在80℃条件下糊化10min后混合，在相同温度条件下，继续糊化40min；
(2)、吸附成分液的制备：将炭黑与蒸馏水按照质量1:80的比例润湿40min；
(3)ACC组分液的制备：将前述制备的粘度调节液与吸附成分液按照质量1：1 的比例室温下混合40min，再超声震荡20min，继续搅拌0.5h。
2、放射性沾染物水基消控乳液的制备：
将水性环氧树脂与前述制备的ACC组分液、1,2-苯丙异噻唑啉-3-酮(BIT)、二乙醇胺、聚醚类、丙二醇在机械搅拌作用下混合均匀；
所述水性环氧树脂的量规定为100份，其他组分的质量分别为：ACC组分液1 份，1,2-苯丙异噻唑啉-3-酮(BIT)0.1份，二乙醇胺0.5份，聚醚类0.05份，丙二醇0.2 份；
最后制得本发明一种放射性沾染物水基消控乳液。
将按前述方法制备的放射性沾染物水基消控乳液，其使用方法包括以下步骤：
(1)按前述制备方法将放射性沾染物水基消控乳液制作备用；
(2)根据核事故应急响应放射性污染控制压制的要求，确定沾染应急处置目标区的面积及其地表特征；
(3)根据地表特点和任务要求选定作业机械或器材，任务要求为：放射性沾染区放射性沉降粉尘的扩散控制或扩散控制与压制预处理，自然环境条件；
(4)根据上一步骤的任务要求，按照扩散控制1.0～1.2kg/m2的用量将放射性沾染物水基消控乳液均匀布洒在应急处置目标区域表面，压制覆盖目标区域上沾染物的迁移、扩散或再悬浮，并在目标区域表层形成包埋着放射性沾染物的共聚膜；实现对放射性污染物快速压制，为后期处置、压制做好准备。
实施例二、一种放射性沾染物水基消控乳液的制备包括以下步骤：
1、ACC(制备过程的一种混合液)组分液的制备：
ACC组分液的制备过程包括：粘度调节液的制备和吸附成分液的制备。
(1)、粘度调节液的制备：将玉米淀粉、甲基纤维素与蒸馏水按照质量1:100的比例，分别置于恒温磁力搅拌水浴锅中，在70℃条件下糊化20min后混合，在相同温度条件下，继续糊化30min；
(2)、吸附成分液的制备：将水溶性炭粉与蒸馏水按照质量1:100的比例润湿30min；
(3)ACC组分液的制备：将前述制备的粘度调节液与吸附成分液按照质量2:1 的比例室温下混合30min；再超声震荡30min；继续搅拌1h。
2、放射性沾染物水基消控乳液的制备：
将水性丙烯酸树脂与前述制备的ACC组分液、1,2-苯丙异噻唑啉-3-酮(BIT)、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)混合物、氨水、矿物油类消泡剂、乙二醇在机械搅拌作用下混合均匀；
所述水性丙烯酸树脂的量规定为100份，其他组分的质量分别为：ACC组分液 15份，1,2-苯丙异噻唑啉-3-酮(BIT)、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)混合物为0.5份，氨水为0.7份，矿物油类消泡剂为0.12份，乙二醇为0.6份；
最后制得本发明一种放射性沾染物水基消控乳液。
将按前述方法制备的放射性沾染物水基消控乳液，其使用方法包括以下步骤：
(1)按前述制备方法将放射性沾染物水基消控乳液制作备用；
(2)根据核事故应急响应放射性污染控制压制的要求，确定沾染应急处置目标区的面积及其地表特征；
(3)根据地表特点和任务要求选定作业机械或器材，任务要求为：放射性沾染区放射性沉降粉尘的扩散控制或扩散控制与压制预处理，自然环境条件；
(4)根据上一步骤的任务要求，按照扩散控制1.0～1.2kg/m2的用量将放射性沾染物水基消控乳液均匀布洒在应急处置目标区域表面，压制覆盖目标区域上沾染物的迁移、扩散或再悬浮，并在目标区域表层形成包埋着放射性沾染物的共聚膜；实现对放射性污染物快速压制，为后期处置、压制做好准备。
实施例三、一种放射性沾染物水基消控乳液的制备包括以下步骤：
1、ACC(制备过程的一种混合液)组分液的制备：
ACC组分液的制备过程包括：粘度调节液的制备和吸附成分液的制备。
(1)、粘度调节液的制备：将莲藕淀粉、羧甲基纤维素与蒸馏水按照质量1:120 的比例，分别置于恒温磁力搅拌水浴锅中，在60℃条件下糊化30min后混合，在相同温度条件下，继续糊化20min；
(2)、吸附成分液的制备：将沸石分子筛与蒸馏水按照质量1:120的比例润湿20min；
(3)ACC组分液的制备：将前述制备的粘度调节液与吸附成分液按照质量3:1 的比例室温下混合20min，再超声震荡40min，继续搅拌1.5h。
2、放射性沾染物水基消控乳液的制备：
将水性环氧树脂与前述制备的ACC组分液、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)、二甲基乙醇胺、有机硅类消泡剂、一缩二乙二醇、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚混合物在机械搅拌作用下混合均匀；
所述树脂乳液的量规定为100份，其他组分的质量分别为：ACC组分液30份， 2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)1份，二甲基乙醇胺1份，有机硅类消泡剂0.2份，一缩二乙二醇、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚混合物1份；
最后制得本发明一种放射性沾染物水基消控乳液。
将按前述方法制备的放射性沾染物水基消控乳液，其使用方法包括以下步骤：
(1)按前述制备方法将放射性沾染物水基消控乳液制作备用；
(2)根据核事故应急响应放射性污染控制压制的要求，确定沾染应急处置目标区的面积及其地表特征；
(3)根据地表特点和任务要求选定作业机械或器材，任务要求为：放射性沾染区放射性沉降粉尘的扩散控制或扩散控制与压制预处理，自然环境条件；
(4)根据上一步骤的任务要求，按照扩散控制1.0～1.2kg/m2的用量将放射性沾染物水基消控乳液均匀布洒在应急处置目标区域表面，压制覆盖目标区域上沾染物的迁移、扩散或再悬浮，并在目标区域表层形成包埋着放射性沾染物的共聚膜；实现对放射性污染物快速压制，为后期处置、压制做好准备。
实验例
以下通过试验例进一步阐述本发明一种放射性沾染物水基消控乳液的有益效果：
样品：取3个依据本实施例制得的待测样品及一个现有最好技术制备的待测样品
(1)粘度测试：按照GBT 10247-2008的标准进行。将3个依据本实施例制得的待测样品及一个用现有最好技术即剥离型膜体大面积压制去污方法制备的压制去污剂作为待测样品，分别置于400ml烧杯中，目测样品无杂质和气泡，将烧杯置于25℃的恒温槽中充分恒温后，采用NDJ-8S旋转粘度计对放射性沾染物水基消控乳液的粘度进行测试。
(2)干燥时间测试：
将放射性沾染物水基消控乳液均匀布洒在混凝土地面上，测试其在混凝土介质表面的干燥时间：表干时间和可剥离时间，表干时间测试参照GB1728-79指触法表面干燥时间测定，以手指轻触膜体表面，感觉发粘，但是不粘在手指上，即认为表面干燥；可剥离时间为膜体可以完整从混凝土介质表面剥离的时间。
(3)样品储存稳定性测试
分别取上述四个水基消控乳液样品各50mL置于透明的塑料瓶中，密封封盖，置于观察架上观察直至存在明显的分层—沉淀层小于5mL或液表有明显的凝结层，此段时间即为储存稳定性时间；或者可通过离心加速沉降试验模拟贮存稳定性，在离心机中以3000r/min离心沉降15min后，若无沉降，可以认为至少有6个月的贮存稳定期。
Figure RE-GDA0002787844480000071
Figure RE-GDA0002787844480000081
表1水基消控乳液性能数据
结论：从表1数据可以看出，本实施例2的综合性能数据最好！即使本实施例1、 3的效果也比现有最先进方法制备的样品4效果好！
核事故是小概率、偶然性大的事件，用于消控事件后果的功能材料是应急产品，除有良好的吸附、链接、包埋、共聚成膜特性外，共聚膜的机械力学性能如与介质表面的粘结强度、拉伸强度和抗撕裂强度亦是去污的重要指标，更为重要的是应急产品的储存稳定性亦是应急使用的消控功能材料的强制性指标。综合性能好是指保证乳液稳定性和机械化剥离去污可实现的前提下，考核对环境的适应性即表干时间、可剥离实现。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (10)

1.一种放射性沾染物水基消控乳液的制备，其特征在于，包括以下步骤：
1、ACC组分液的制备：
ACC组分液的制备过程包括：粘度调节液的制备和吸附成分液的制备。
(1)、粘度调节液的制备：将淀粉、纤维素与蒸馏水按照质量1:(80-120)的比例；分别在60-80℃条件下糊化10-30min后混合；在相同温度条件下，继续糊化(20-40)min；
(2)、吸附成分液的制备：将具有吸附性的物质与蒸馏水按照质量1:(80-120)的比例润湿(20-40)min；
(3)ACC组分液的制备：将前述制备的粘度调节液与吸附成分液按照质量(1-3)：1的比例室温下混合(20-40)min；再超声震荡(20-40)min；继续搅拌(0.5-1.5)h。
2、放射性沾染物水基消控乳液的制备：
将树脂乳液与前述制备的ACC组分液、防腐剂、酸碱调节剂、消泡剂、防冻剂在机械搅拌作用下混合均匀后制得本消控乳液；
所述树脂乳液的量规定为100份，其他组分的质量分别为：ACC组分液1-30份；防腐剂0.1-1份；酸碱调节剂0.5-1份；消泡剂0.05-0.2份；防冻剂0.2-1份。
2.根据权利要求一所述的一种放射性沾染物水基消控乳液的制备，其特征在于，前述步骤1、(1)粘度调节液的制备中，将淀粉、纤维素与蒸馏水按照质量1：100的比例，分别在70℃条件下糊化20min后混合；在相同温度条件下，继续糊化30min。
3.根据权利要求一所述的一种放射性沾染物水基消控乳液的制备，其特征在于，前述步骤1、(1)粘度调节液制备中的淀粉可以是玉米淀粉、太白粉、马铃薯淀粉、菱角淀粉、莲藕淀粉、葛粉或木薯粉，优选为玉米淀粉；前述纤维素可以是甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素，优选为甲基纤维素。
4.根据权利要求一所述的一种放射性沾染物水基消控乳液的制备，其特征在于，前述步骤1、(2)吸附成分液制备中将具有吸附性的物质与蒸馏水按照质量1:100的比例润湿30min。
5.根据权利要求一所述的一种放射性沾染物水基消控乳液的制备，其特征在于，前述步骤1、(2)吸附成分液制备中吸附性的物质可以是水溶性炭粉、炭黑、石墨烯、沸石分子筛、碳分子筛，优选为水溶性炭粉。
6.根据权利要求一所述的一种放射性沾染物水基消控乳液的制备，其特征在于，前述步骤1、(3)ACC组分液的制备中将前述制备的粘度调节液与吸附成分液按照质量2：1的比例，室温下混合30min；再超声震荡30min；继续搅拌1h。
7.根据权利要求一所述的一种放射性沾染物水基消控乳液的制备，其特征在于，前述步骤2放射性沾染物水基消控乳液的制备中树脂乳液的量规定为100份，其他组分的质量分别为：ACC组分液为15份；防腐剂为0.5份；酸碱调节剂为0.7份；消泡剂为0.12份；防冻剂为0.6份。
8.根据权利要求一所述的一种放射性沾染物水基消控乳液的制备，其特征在于，前述步骤2放射性沾染物水基消控乳液的制备中，所述树脂乳液可以是水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、水性环氧树脂、水性醋酸乙酯、聚乙烯醇或氯醋树脂，优选为水性丙烯酸树脂；所述防腐剂可以是1,2-苯丙异噻唑啉-3-酮(BIT)、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)、或BIT与MIT混合物；优选为BIT与MIT混合物；所述酸碱调节剂可以是氨水、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺；优选为氨水。
9.根据权利要求一所述的一种放射性沾染物水基消控乳液的制备，其特征在于，前述步骤2放射性沾染物水基消控乳液的制备中，所述消泡剂可以是有机硅类消泡剂、非有机硅类消泡剂(醇类、矿物油类、脂肪酸类等)或聚醚类；优选为矿物油类消泡剂；所述防冻剂可以是乙二醇、丙二醇、异丙醇、一缩二乙二醇、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚中的至少一种，优选为乙二醇。
10.权利要求一所述的一种放射性沾染物水基消控乳液的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按前述制备方法将放射性沾染物水基消控乳液制作备用；
(2)根据核事故应急响应放射性污染控制压制的要求，确定沾染应急处置目标区的面积及其地表特征；
(3)根据地表特点和任务要求选定作业机械或器材，任务要求为：放射性沾染区放射性沉降粉尘的扩散控制或扩散控制与压制预处理，自然环境条件；
(4)根据上一步骤的任务要求，按照扩散控制1.0～1.2kg/m2的用量将放射性沾染物水基消控乳液均匀布洒在应急处置目标区域表面，压制覆盖目标区域上沾染物的迁移、扩散或再悬浮，并在目标区域表层形成包埋着放射性沾染物的共聚膜；实现对放射性污染物快速压制，为后期处置、压制做好准备。
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