CN116635335A - 放射性核素汽提过程中用掺硼金刚石电极矿化有机化合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过包含掺硼金刚石电极的电解器连续矿化水溶液中的有机酸的再循环方法，用于进行所述方法的装置以及用于再生含有固定化放射性核素的离子交换器的方法，所述有机酸用于从离子交换器中汽提放射性核素，再生离子交换器的方法涉及所述再循环方法。

Description

放射性核素汽提过程中用掺硼金刚石电极矿化有机化合物
技术领域
本发明涉及核反应堆领域，更具体地涉及在水反应器例如CANDU(CanadaDeuterium Uranium，加拿大重水铀)反应堆中产生的放射性同位素(例如碳-14(14C))的提取。
背景技术
14C主要通过稳定的氮、氧17O和较小程度上13C的中子活化产生。在核反应堆中，由于稳定母体同位素的存在，14C在燃料中并且在反应堆冷却剂中由堆芯结构材料产生，该母体同位素通过在燃料中发生的核裂变反应产生的中子激活。14C特别地在CANDU反应堆中产生，因为这种类型的反应堆使用重水(D2O)(既作为慢化剂又作为冷却剂)，与轻水相比，重水在17O中具有更高的同位素丰度。
生成的14C保留在用于从回路中净化重水的离子交换树脂中。固定在离子交换器上的14C主要是碳酸盐和/或碳酸氢盐衍生物的形式。
含14C的碳酸盐和碳酸氢盐可以然后通过有机酸洗脱从离子交换器中释放，主要导致在汽提步骤中14CO2的释放。在离子交换器后，用于洗脱的有机酸随后分解成CO2。这通常是通过矿化来完成，以最小化来自离子交换器中放射性核素的移动，所述矿化通过分批操作进行UV Fenton处理。通常，过氧化氢(在超化学计量浓度下以避免有机酸由于紫外光的照射而聚合)和催化剂被引入分批罐中；然后将罐中的内容物泵送到紫外线光解灯上。
由于是分批进行的，因此该矿化步骤会导致更长的处理时间，并且需要使用额外的化学品(过氧化氢、金属催化剂)。
因此，有机酸的矿化过程是耗时的，并且在很大程度上决定了离子交换器的汽提过程的持续时间。
因此，从离子交换器中排出的有机酸只是在小循环中循环泵送的溶液中逐渐分解。在有机酸降解过程中，该溶液不应直接流过离子交换器，因为酸氧化所需的化学物质会从离子交换器中移动放射性核素。只有当pH值达到pH5～pH 7并且氧化剂(过氧化氢)已被消除时，离子交换器才会重新整合到汽提循环中。
事实上，将处理过的溶液引入离子交换器，在离子交换器和溶液之间建立新的平衡，从而使由于有机酸的进入造成的pH值下降到pH 3～pH 5。平衡建立后，必须再次分离离子交换器以进一步分解有机酸。因此，随着有机酸的逐渐降解，酸的完全矿化非常缓慢地成功。
此外，UV Fenton处理涉及几个问题：当使用过氧化氢时，离子交换器也会分解。由于失去结合离子的能力，已经结合的放射性核素进入汽提处理循环。此外，随着UV Fenton处理中金属催化剂的使用，放射性核素不可避免地通过离子交换器上的交换反应被冲洗到汽提处理循环中。
在UV Fenton处理的过程中使用的金属催化剂也可能会发生水解作用，并可以导致溶液在处理回路中变得浑浊。更进一步地，有机酸在紫外光解灯的作用下可以聚合：聚合产物的分解比单体有机酸的分解时间长得多。
因此，需要提供有机酸的替代矿化，该替代矿化可以避免上述缺点。
EP 2 949 630公开了一种用于从污染水例如尿液中回收水的系统和方法。具体地，该系统包括用于对污水进行脱盐的阳离子交换装置和包括金刚石电极的有机成分分解装置。然后，将水排入电渗析装置，其中产生酸，酸可以用于阳离子交换装置的再生。
EP1 522 526公开了一种处理含有磷成分和有机化合物的化学电镀废液的方法，用于减少废液中杂质的量。具体地，将例如包含亚磷酸氢二钠、亚磷酸和柠檬酸钠的溶液在电解池中进行电解处理，所述电解池具有作为阳极的导电掺硼金刚石电极，用于将亚磷酸氢二钠和亚磷酸氧化为正磷酸，并将柠檬酸盐分解成二氧化碳和水。
US 5,399,247教导了一种掺杂的金刚石阳极电解来氧化废水中的溶质。
WO 2015/127918公开了一种用于利用金刚石电极作为阳极降解废水中含氮化合物的电化学氧化方法。
仍然需要提供改善的在汽提处理之后矿化有机酸，这可以很容易地进行，因为不需要分批步骤和/或添加各种化学品。
目前已经发现了新的矿化方法，该矿化方法涉及通过使用掺硼金刚石电极来电解，该掺硼金刚石电极对用于从离子交换器中分离C-14的有机酸进行电化学氧化。
这种基于电解的有机酸矿化不需要添加化学品。此外，该离子交换器可以连续排放到电解步骤，从而使有机酸降解得更快。
发明内容
因此，根据第一个目的，本发明涉及一种用于连续矿化水溶液中的有机酸的再循环方法，所述有机酸用于从离子交换器中汽提放射性核素，
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)在汽提步骤之后，将包含有机酸的水溶液转移到包含掺硼金刚石电极的电解器中；
b)使所述有机酸与电解器中的掺硼金刚石电极接触，从而对有机酸进行电解氧化，以使水溶液中的至少一部分有机酸矿化，
c)从步骤(b)的从电解器循环的水溶液中脱气CO2(气体)，以及d)将所得溶液转移至离子交换器，用于继续汽提。
根据本发明，有机酸的矿化现在通过羟基发生，所述羟基是在电极表面(阳极)上原位(in situ)产生的。
酸的矿化可以在完全汽提后立即开始，无需将离子交换器与汽提回路分离。因此，不再需要分批操作(酸的逐渐降解)。
此外，没有使用添加剂来矿化有机酸。由于不再需要过氧化氢，因此不存在离子交换器降解的风险，并且不存在催化剂是指不再存在金属放射性核素从离子交换器中移动的风险。
由于矿化的连续运行，离子交换器和处理溶液之间的平衡设置在逐渐变化，从而创造了先前移动的放射性核素在它们被排放到处理循环之前再次结合在离子交换器上的机会。这导致处理效率的改善。
因此，整个方法得到改善，因为硼-金刚石电极对有机酸的电化学分解比UV-Fenton步骤更快、更直接。因此，可以有利地连续地并且以成本有效和时间有效的方式进行。
详细描述
下面描述的实施方式将被单独理解或以它们的任何组合来理解。
本文所用的术语“放射性核素”是指放射性同位素(radioactive isotope)(也称为放射性同位素(radioisotope))。通常，根据本发明的放射性核素通常是存在于核废水净化回路中的放射性同位素。它特别地可以是14C；所述14C可以以碳酸盐CO3 2-和碳酸氢盐HCO3-的形式存在。在废水净化处理中，这些含有放射性核素的物质被固定在离子交换器中。
如本文所用的离子交换器定义了包含固相的容器，所述固相通常为树脂，所述树脂能够通过将不需要的化学物质保留(或固定)在树脂上而从液相中除去不需要的化学物质。在当前情况下，不需要的化学物质是含14C的衍生物，例如碳酸盐和/或碳酸氢盐衍生物，它们包含在核废水液相中并保留在离子交换器上。
固相可以是交换带正电的离子(阳离子)的阳离子交换器，也可以是交换带负电的离子(阴离子)的阴离子交换器，或者是混合的阳离子/阴离子交换器。树脂通常可以是功能化的多孔或凝胶聚合物。
根据实施方式，离子交换器是混合的强阳离子/强阴离子交换器，例如来自Dupont的DUPONT AmberLieteTM、来自Lanxess的LANXESS 来自Purolite的PPC150和/>PPA500Plus。
保留在离子交换器中的含放射性核素的物质可以经历从离子交换器中汽提(即)释放含放射性核素的物质及它们的转化，用于废弃处置。
14C的情况下，碳汽提通常涉及含有14C的碳酸盐和碳酸氢盐的释放，并将它们转变为气态CO2(g)(此处为14CO2)。
这种汽提基于以下平衡：
(1)
(2)
(3)
通常反应(2)和(3)发生在离子交换器中。
这些反应在酸性条件下很容易向气态二氧化碳转移。
通过用包含有机酸的水溶液洗脱离子交换器来提供酸性条件。
通常，有机酸是弱有机酸。该有机酸没有限制，并且可以选自乳酸、乙酸、甲酸、柠檬酸、草酸、尿酸、苹果酸、酒石酸，优选甲酸。
由于有机酸与含14C的物质接触，上述反应(2)和(3)在离子交换器中发生，因此含有有机酸和溶解的14CO2(aq)的水溶液在离子交换器的出口排出。
然后溶解的14CO2(aq)可以以14CO2(气体)的形式与有机酸分离，对应于上述步骤(1)，然后收集用于废弃处置。
根据实施方式，本发明的再循环方法还可以包括在进行矿化步骤(b)之前从离子交换器中提取和收集14CO2(气体)的进一步步骤。
14CO2(气体)的提取和收集可以使用汽提单元用已知方式进行，如下所述。
矿化步骤(b)：
在从离子交换器中汽提放射性核素后，对于矿化步骤(b)，将含有机酸的溶液(也称为循环溶液)然后在电解器中进一步处理。
如本文所用，“电解器”是指配置为使用电流来驱动化学反应的电化学装置。通常，氧化(失去电子)发生在阳极，还原(获得电子)发生在阴极。电解器装置通常由阳极、阴极组成。
从EP 1 730 080 B1中可知公开了一种典型的电极排列。
电解器是可商购的。代表性电解器包括可从Diaccon获得的“Susi”和型号。
在目前的情况下，有机酸在称为矿化(即)分解有机酸的化学反应中被氧化，以形成二氧化碳(CO2)。
根据本发明，将步骤(b)下的矿化进行到电解器中，该电解器包括作为阳极的掺硼金刚石电极。
根据实施方式，阴极可以由与阳极相同的材料制成，或者由另一种材料制成，该材料例如铂或不锈钢。
如本文所用的术语“掺硼金刚石电极”是指在金属或非金属导电基底上沉积一层金刚石晶体，其中，金刚石层掺杂有硼以进行导电。
所述基底通常由铌、钛、钨、钽或SiO2组成。
金刚石层在电极基底上的涂覆通常可以通过化学气相沉积(CVD)和/或通过应用或采用本领域已知的方法例如US 5,399,247中的来进行。
掺硼金刚石电极是可商购的，例如它们可以从Diaccon GmbH(Fürth，德国)或Condias GmbH(Itzehoe，德国)购买。
金刚石电极的优点是它们能够实现高超电压，通过这种方式从废水中原位产生强氧化剂，例如臭氧、过氧化氢和OH自由基。因此，可以使用金刚石电极来产生以其他方式难以获得的氧化产物。在废水处理中，氧化使用金刚石电极进行，直到有机酸完全或几乎完全矿化，即降解为CO2。
适用于所使用的电化学处理电池和所使用的操作参数的电流强度的设置可以通过测量酸浓度容易地实验确定。也可以通过常规方法测定总酸含量的减少。
矿化的持续时间取决于循环溶液中的有机酸浓度。循环溶液中有机酸的增加通常可以增加有机酸的TOC消耗率。
根据实施方式，电解器中有机酸的浓度为大于0.1ppm，通常为大于1ppm，优选地为1ppm以上。
根据另一种实施方式，阳极电流密度可以为0.02A/cm2～0.2A/cm2。该电流密度可以通过电流计测量。
根据本发明，矿化步骤(b)导致包含未反应的有机酸和溶解的CO2的含水混合物的形成。
脱气步骤(c)：
根据本发明，该方法包括脱气步骤，其中，溶解的CO2作为气体从循环溶液中提取。
此脱气步骤通常可以在包含汽提单元的缓冲罐中进行。
然后将所得的包含未反应有机酸的脱气水溶液在回路中再循环到离子交换器中，以进行进一步的汽提步骤。
根据另一种实施方式，本发明的再循环方法进一步包括增加循环溶液中有机酸的浓度。如下所述，该浓缩步骤可以在浓缩单元中进行。
通常，该步骤可以在汽提步骤之后和矿化步骤之前进行。
发现可以通过增加酸浓度来增加使用掺硼金刚石电极进行的电化学氧化的反应动力学。
有机酸浓度的这种增加通常可以通过浓缩单元(例如反渗透膜和/或双极电渗析器)来实现，该浓缩单元位于汽提单元出口之后和电解器入口之前。
掺硼金刚石电解与这种浓缩单元的组合也将防止有机酸分解速率的下降。
这是因为电化学分解仅在酸浓度达到一定浓度限度时才保持不变，而如果有机酸浓度低于确定的最小值，则分解速率呈指数下降。
因此根据实施方式，本发明的方法可以包括在进行矿化步骤(b)之前的浓缩步骤，以防止酸浓度降低到低于限定的最小范围。
根据该实施方式，汽提步骤后获得的水溶液通过浓缩单元，因此导致酸浓度增加的有机酸溶液，然后将该有机酸溶液进料到(例如)在电解器中的矿化步骤(b)。
根据实施方式，含水的循环溶液的pH为pH 2～pH 9，通常为pH 3～pH 5。它通常在测量部分中测量，该测量部分整合在脱气步骤的下游。
仪器：
根据进一步的目的，本发明涉及一种用于连续矿化在水溶液中的有机酸的再循环装置，所述有机酸用于汽提保留在离子交换器中的放射性核素，该装置包括：
包括离子交换树脂的离子交换器，
包括掺硼金刚石电极的电解器，
脱气单元，以及
流体回路，其中，所述流体回路包括环路构造，该环路构造用于将所述水溶液从所述离子交换器的出口通过电解器，然后通过所述脱气单元，然后从所述脱气单元的出口连续地循环到所述离子交换器的入口。
根据实施方式，脱气单元通常是缓冲罐，其包括汽提单元以从电解器下游的水溶液中提取CO2(g)。
根据一种实施方式，该装置可以进一步包括位于离子交换器出口处的另一个汽提单元，以分离溶解在水溶液中的从离子交换器排出的14CO2(aq)，并进一步以14CO2(气体)的形式提取。
如本文所用，汽提单元可以是例如膜脱气器接触器或滴流脱气器。这种汽提单元可以存在于缓冲罐中(电解器下游)。相似或不同的汽提单元也可以存在于离子交换器的出口以提取14CO2(aq)。
根据进一步的实施方式，该装置可以进一步包括收集单元以收集从上述讨论的汽提单元中提取的气体，(即)CO2(气体)或14CO2(气体)。这种收集单元可以选自例如分子筛、洗气瓶或苏打捕集器。
根据一种实施方式，该装置进一步包括在离子交换器的出口和电解器的入口之间的至少一个浓缩单元。
根据该实施方式，在离子交换器下游获得的水溶液在循环通过电解器之前被进料到至少一个浓缩单元。
所述浓缩单元通常被配置为由进料的有机酸溶液产生浓缩溶液和渗透溶液，其中：
浓缩溶液是比进料溶液更浓缩的有机酸，并且进一步从浓缩单元循环到电解器中，以及
渗透溶液是比进料溶液浓缩更低的有机酸，并且在旁路中从浓缩单元的出口输送到电解器出口下游的主要再循环流中。
一个或多个浓缩单元可以存在于再循环回路中。
浓缩单元可以相同或不同。浓缩单元可以并联或串联布置。
浓缩单元可以选自反渗透膜和电渗析器，例如双极电渗析器。
反渗透膜和电渗析器商购得自BWT AG(Mondsee，奥地利)、Hydranautics(California，美国)和PCCell GmbH(Heusweiler，德国)。
例如，反渗透膜和电渗析器可以并联或串联存在。
通过串联连接反渗透膜和双极电渗析器，可以进一步浓缩提供的浓缩溶液，所述浓缩溶液从电解器入口之前的第二个浓缩单元排出。
根据进一步的实施方式，电解器被配置为使所述阳极和所述阴极之间的间隙宽度为0.5mm～10mm。
根据一种实施方式，矿化步骤的温度未14℃～47℃。
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
根据进一步的目的，本发明还涉及一种用于矿化有机酸的方法，所述有机酸用于汽提固定在离子交换器中的放射性核素，所述方法包括本发明的上述再循环方法。
根据又进一步的目的，本发明另外涉及用有机酸再生包含固定的放射性核素的离子交换器，所述方法包括进行本发明的再循环方法。
附图说明
图1是说明本发明方法的实施方式的流程图，包括离子交换器、汽提单元和具有掺硼金刚石电极的电解器。
图2是说明本发明装置的实施方式图解的流程图，进一步包括根据第一替代方案的两个浓缩单元，其中浓缩单元并联布置。
图3是说明本发明装置的实施方式图解的流程图，进一步包括根据第二替代方案的两个浓缩单元，其中浓缩单元并联排列。
图4表示在实验部分中使用的用于TOC降解的测试装置。
图5说明了TOC降解速率与初始TOC浓度的关系。
图6说明了用于在有(较低曲线)和没有(较高曲线)浓度增加的情况下TOC降解的模型计算。
具体实施方式
图1的装置被配置为用有机酸的水溶液连续汽提固定在离子交换器3上的放射性核素。这是特别为14C的碳汽提而设计的。
流体管线以实线表示。流体回路布置成环路并且包括至少一个泵2，该泵2布置成用于使流体通过回路循环。泵2可以由控制单元(未示出)控制。
以已知的方式，离子交换器3包括离子交换树脂，该离子交换树脂包括固定的含14C的碳酸盐和碳酸氢盐。离子交换树脂用有机酸溶液洗脱，在整个离子交换器3中有机酸溶液以溶解的14CO2的形式释放14C。包含有机酸和溶解的14CO2的循环水溶液从离子交换器的尾部流动。该装置还可以包括离子交换器3下游的汽提单元，以提取从循环溶液中排出的14CO2(气体)，然后可以进一步收集。
根据本发明，该装置还包括在离子交换器3下游的电解器4。电解器4由供电单元(图1～3中未显示)驱动以产生氧化物质(例如羟基自由基)，从而进行存在于循环溶液中的有机酸的电化学氧化。将有机酸矿化成CO2，该CO2溶解在从电解器4循环的水溶液中。
该装置还包括脱气单元1以将溶解的CO2从电解器4循环的混合物中释放成CO2(气体)。
提取的CO2(气体)可以自由释放或可以收集(未显示)。
为了说明的目的，电渗析器4的代表性详细布置在图4中显示。
根据一种实施方式，该装置可以包括一个或多个浓缩单元。图2和图3分别表示此实施方式的两种替代布置。
在图2中，该装置包括两个并联布置的浓缩单元5和6。作为示例，浓缩单元5是反渗透膜，浓缩单元6是电渗析器。两个浓缩单元是并联的：流体回路配置为将循环溶液分成两个进料流，并进一步配置为保证进料流在单元5或在单元6中循环。
浓缩单元5被配置成产生下游浓缩溶液C(5)和下游渗透溶液P(5)，而浓缩单元6被配置成产生下游浓缩溶液C(6)和下游渗透溶液P(6)。
C(5)和C(6)中的酸浓度分别高于每个相应进料流中的酸浓度。
流体回路被配置为使浓缩溶液C(5)和C(6)循环到电解器4，并使渗透溶液P(5)和P(6)在两个旁路管线(可以被收集到一个单独旁路中，未示出)中循环，并将渗透溶液P(5)和P(6)与电解器4下游的主要循环溶液连接起来。
流体回路被配置为用于将主要循环溶液从电解器4循环到脱气单元1，用于进行进一步的汽提。
在图3中，该装置包括两个串联布置的浓缩单元5和6。作为示例，浓缩单元5是反渗透膜，浓缩单元6是电渗析器。两个浓缩单元分别以下游配置的方式布置：如所示的，浓缩单元6在浓缩单元5的下游，但也可以考虑相反布置(未示出)。
流体回路被配置为将循环溶液进料到第一浓缩单元5(此处是反渗透膜)。
浓缩单元5配置成产生下游浓缩溶液C(5)和下游渗透溶液P(5)。
C(5)中的酸浓度高于在进料浓缩单元5的循环溶液的酸浓度。
流体回路被配置为用于将浓缩溶液C(5)循环到第二浓缩单元6(此处是电渗析器)中。
浓缩单元6配置成产生下游浓缩溶液C(6)和下游渗透溶液P(6)。
C(6)中的酸浓度分别高于进料第二浓缩单元6的浓缩溶液C(5)中的酸浓度。
流体回路被配置为用于使从浓缩单元6流动的浓缩溶液C(6)循环到电解器4中，以进行电化学氧化。
流体回路还被配置为用于在两个分别的旁路管线(可以收集到一个单独旁路中，未示出)中循环渗透溶液P(5)和P(6)，并用于连接渗透溶液P(5)和P(6)与电解器4下游的主要循环溶液。
流体回路被配置为用于将来自电解器4的主要循环溶液循环到脱气单元1，用于进行进一步的汽提。
实施例
用掺硼金刚石电极降解总有机碳(TOC)
对有机化合物的矿化进行实验，通过分析总和参数TOC(总有机碳)测量，用掺硼金刚石电极在放射化学实验室进行。实验装置在通风橱中处理。
该电路由以下部件组成，膨胀罐->泵->电解器->膨胀罐，参见图4。
实验中使用的部件是：
·膨胀罐(20L)
·泵(EHEIM；20L/min)
·电解器(Diaccon公司；型号“Susi”-实验室规模和–工业规模)
·用于冷凝水回收的冷阱
·容器冷却
·气体管口1和气体管口2(Swagelok；12mm不锈钢阀门)
·质量流量控制器(MFC)(Alicat；Vmax＝10NLMP)
·流量计(NATEC Sensor公司；Vmax＝100NLPM)
·氮气(用于容器冲洗的冲洗气体)
·取样阀(液体样品)
·氢气传感器(气体检测器，德图(testo))
·供电单元(TDK-Lambda；型号GEN16-150A)
·催化剂(Infiltec公司；型号：IAC-114/IAC-124；Pd/Pt混合物1:1)
·温度传感器(PT-100)
·化学品、工具和装置：
甲酸(默克(Merck)，98％～100％)
商用洗涤粉末(乙二胺四乙酸(EDTA)作为络合剂)
去离子水(电导率～1.5μS/cm)
TOC快速检测器(quicktesters)LCK 385和LCK 386(Hach-Lange)
紫外-可见光谱仪(Hach-Lange；DR5000)
pH指示条(默克；pH 0～14)
电导率仪(WTW；LF 315)
为了最小化由于蒸发造成的体积损失，将冷凝水回流构建在气流中，并通过冷却单元将其保持在10℃。循环溶液用冷却回路调节，该冷却回路用冷却单元或用自来水操作。使用外部冷却的情况下，在操作期间循环溶液保持在约30℃。通过质量流量控制器将恒定的氮气流连续引入到膨胀罐，结果膨胀罐中的气体体积连续地传导，该传导经由冷阱通过气体管口1、催化剂(cat.)和气体管口2。催化转化器垂直放置在废气流中，并且废气流从催化转化器下方逆向流动。催化转化器中的温度是通过直接在催化转化器的金属筒上的PT-100元件测得的。在气体管口2之后安装流量计(FM)并监测出口体积流量。在催化剂之前和之后采集气体样品并检查氢气和氧气的生成。为了测定pH值、电导率和TOC，以不规则的时间间隔从回路中采集液体样品。为了监测通风橱中的氢气浓度，在通风橱的中部设置氢气传感器。当检测到氢气时，测量装置提供光学和声学信号。为了能够比较不同尺寸电解器的TOC降解速率，电解器中施加的电流密度保持恒定。来自Diaccon的两种不同电解器用于TOC降解测试。所用电解器的特性列于表1。
表1：所用电解器的比较
共进行了9个掺硼金刚石电极的TOC降解实验，在表2中列出。
表2：TOC降解实验
使用Susi电解器进行了五个实验，使用电解器进行了四个实验。洗涤粉末和甲酸被用作测试物质。以实现最大可能的TOC起始浓度区间的方式调整测试物质的浓度。在所有实验中设定的电流密度约为0.09A/cm2，这意味着“Susi”电解器以14.5A的电流运行，/>电解器以135A的电流运行。所有实验都矿化到约为5ppm的TOC浓度。根据TOC起始浓度确定的TOC降解速率如图5所示。
在0.01g TOC/L(10ppm TOC)～0.23g TOC/L(230ppm TOC)的TOC浓度区间内，从TOC起始浓度开始，TOC降解速率呈线性变化。可以看出，用高TOC浓度实现更高的TOC降解速率。
为了尽可能短地保持从利用掺硼金刚石电极的离子交换器中分离C-14所用的有机酸的矿化时间，必须在电解器中设置高浓度的有机酸。这可以通过膜分离(例如反渗)和/或电渗析处理来实现。两个部件都必须连接到电解器(掺硼金刚石电极)的上游，以便浓缩的有机酸被矿化，并显著提高TOC分解率。反渗透或电渗析处理可以将浓缩物中有机化合物的浓度提高10倍。这导致显著加快的TOC还原。模拟了使用和不使用先前浓度的不同TOC降解速率并在图6中显示。此处可以清楚地看出，如果电解器配备有连接在上游的浓缩单元(例如反渗透膜)，则溶液中的有机物可以更快地降解。

Claims (15)

1.一种用于连续矿化水溶液中的有机酸的再循环方法，所述水溶液中的有机酸用于从离子交换器中汽提放射性核素，
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)在汽提步骤之后，将包含所述有机酸的水溶液转移到包含掺硼金刚石电极的电解器中；
b)使所述有机酸与电解器中的掺硼金刚石电极接触，从而对有机酸进行电解氧化，以矿化水溶液中的至少一部分有机酸，以及
c)从电解器循环的步骤(b)的水溶液中脱气CO2(气体)，以及
d)将所得溶液转移至离子交换器，用于继续汽提。
2.根据权利要求1所述的再循环方法，其中，所述放射性核素是14C。
3.根据权利要求1或2所述的再循环方法，进一步包括气态14CO2的提取和收集。
4.根据前述权利要求中任一项所述的再循环方法，其中，所述有机酸是弱有机酸。
5.根据权利要求4所述的再循环方法，其中，所述弱有机酸是甲酸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的再循环方法，其中，所述电解器中的有机酸浓度为大于0.1ppm。
7.根据前述权利要求中任一项所述的再循环方法，进一步包括增加电解器上游的水溶液中的有机酸浓度的步骤。
8.一种用于矿化有机酸的方法，所述有机酸用于汽提固定在离子交换器中的放射性核素，所述方法包括根据前述权利要求中任一项所述的再循环方法。
9.一种用有机酸再生包含固定的放射性核素的离子交换器的方法，所述方法包括进行根据权利要求1至7中任一项所述的再循环方法。
10.一种用于连续矿化水溶液中的有机酸的再循环装置，所述水溶液中的有机酸用于汽提保留在离子交换器中的放射性核素，所述装置包括：
离子交换器，其包括离子交换树脂，
电解器，其包括掺硼金刚石电极，
脱气单元，以及
流体回路，其中，所述流体回路包括环路构造，所述环路构造用于将所述水溶液从所述离子交换器的出口通过电解器，并通过所述脱气单元，然后从所述脱气单元的出口连续地循环到所述离子交换器的入口。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述电解器中的阳极电流密度为0.02A/cm2～0.2A/cm2。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其中，所述电解器被配置为使所述阳极和所述阴极之间的间隙宽度为0.5mm～10mm。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的装置，其中，所述脱气单元是包括汽提单元的缓冲罐。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的装置，进一步包括在所述离子交换器的出口和所述电解器的入口之间的至少一个浓缩单元。
15.根据权利要求14所述的装置，其包括串联布置的反渗透膜和电解器作为浓缩单元，其中，所述电渗析器在反渗透膜的下游。
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