TWI486438B

TWI486438B - 泡沫除污劑及其製作方法

Info

Publication number: TWI486438B
Application number: TW102116445A
Authority: TW
Inventors: Ming Tsai Liang; Pei Ying Tsai; Yuh Wern Wu; Chin Hsiang Kan; Wen Cheng Lee
Original assignee: Inst Nuclear Energy Res Atomic Energy Council
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2015-06-01
Also published as: TW201443226A

Description

泡沫除污劑及其製作方法

本發明是有關於一種泡沫除污劑及其製作方法，尤指一種可使用較少之除污劑去除非多孔性廢棄物或金屬廢棄物表面放射性金屬核種，使核電設備表面的放射性金屬含量低於法規標準，除可進行廢棄或回收再利用之外，更可產生較少之廢液，而達到減少能源及水資源之消耗量者。

隨著國內工業的進步，科技不斷的發達，人類對於電力的需求與日俱增。雖然現在世界上能源的消耗以石油、煤炭、天然氣這些石化燃料為主，但由於石化燃料排出大量廢物廢氣，污染環境，排出大量二氧化碳，造成地球溫室效應，因此各國開始發展核電，以因應電力需求。然而，2011年日本311地震導致福島核電廠遭受重創，德國率先表示要在2022年關閉所有核電廠，成為全球廢核先鋒(呂怡貞等)，我國電廠的除役工作也勢在必行。

習用技術大部分以化學氧化還原法進行除污設備的解體前除污，例如：美國電力研究所開發除役除污EPRI DFD程序，使用已控制氧化電位的稀氟硼酸，自表面移除外層垢與基本金屬薄層(Wood et al.,2002a；Wood and Bushart,2006)；日本日立公司開發除污系統HOP程序，依序利用高錳酸鉀、草酸及聯胺(hydrazine)進行氧化與還原步驟來溶解鉻富集層，再溶解Fe、Ni富集層，最後還原劑利用觸媒分解塔，將草酸及聯胺分解成二氧化碳、氮及水(Kinnunen,2008；森田聡，2004)等。

而解體後除污方面，則使用化學浸泡法、電拋光法(電化學法)、氧化還原除污法、噴砂法、超音波法及凝膠法(Boing,2006)，其中，電化學除污已經商業化，較小物件可採用槽含浸類型電化學除污裝置。典型電化學除污使用的酸包括磷酸、硝酸、草酸或檸檬酸、硫酸等。以上之習用方法皆可有效進行除污，但仍未達到製程簡單、低成本、少廢液及低耗能的目標。

有鑑於此，本案之發明人特針對前述習用發明問題深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發與製造經驗，積極尋求解決之道，經過長期努力之研究與發展，終於成功之開發出本發明「泡沫除污劑及其製作方法」，藉以改善習用之種種問題。

本發明之主要目的係在於，可使用較少之除污劑去除非多孔性廢棄物或金屬廢棄物表面放射性金屬核種，使核電設備表面的放射性金屬含量低於法規標準，除可進行廢棄或回收再利用之外，更可產生較少之廢液，而達到減少能源及水資源之消耗量者。

為達上述之目的，本發明之泡沫除污劑係包含有：界面活性劑，其重量百分比係介於0.01%~1.0%之間；奈米粒子，其重量百分比係介於0.01%~1.0%之間；以及水溶液，係與界面活性劑及奈米粒子加以混合，該水溶液之重量百分比係介於98.0%~99.8%之間，而其酸鹼值係介於2~7之間。

於本發明之一實施例中，該界面活性劑係為直鏈烷基苯磺酸鹽(linear alkylbenzene sulfonates，LAS)。

於本發明之一實施例中，該奈米粒子係為二氧化鈦(Titanium dioxide，TiO₂)。

而本發明泡沫除污劑之製作方法，係包含有下列步驟：。

流速控制步驟：係以流量控制器控制空氣之流速；以及混合步驟：係以一計量液泵將泡沫除污劑輸入於泡沫產生器中，並配合流量控制器將空氣導入泡沫產生器中，使泡沫除污劑充份與空氣混合，而該泡沫除污劑之輸入體積流速為空氣體積流速之1/3~1/10。

於本發明之一實施例中，該流量控制器係連接有一空氣壓縮機，且該流量控制器與空氣壓縮機之間係具有一調節閥。

於本發明之一實施例中，該泡沫產生器係連接有一泡沫管柱，可使泡沫除污劑與空氣充份混合後，送入泡沫管柱中。

1‧‧‧泡沫除污劑

10‧‧‧界面活性劑

11‧‧‧奈米粒子

12‧‧‧水溶液

20‧‧‧流速控制步驟

21‧‧‧混合步驟

3‧‧‧泡沫產生裝置

31‧‧‧空氣壓縮機

32‧‧‧調節閥

33‧‧‧流量控制器

34‧‧‧泡沫產生器

35‧‧‧計量液泵

36‧‧‧泡沫管柱

第1圖，係本發明泡沫除污劑之示意圖。

第2圖，係本發明之製造方法之步驟示意圖。

第3圖，係本發明泡沫產生裝置之示意圖。

第4圖，係本發明之泡沫穩定性試驗結果比較示意圖。

第5圖及第6圖，係本發明泡沫除污試驗結果比較之示意圖。

請參閱『第1圖~第6圖』所示，係分別為本發明泡沫除污劑之示意圖、本發明之製造方法之步驟示意圖、本發明泡沫產生裝置之示意圖、本發明之泡沫穩定性試驗結果比較示意圖及本發明泡沫除污試驗結果比較之示意圖。如圖所示：本發明係一種泡沫除污劑及其製作方法，而該泡沫除污劑1係包含有界面活性劑10、奈米粒子11以及水溶液12混合而成，而該界面活性劑10與奈米粒子11之重量百分比係介於0.01%~1.0%之間，而該水溶液12之重量百分比係介於98.0%~99.8%之間，且其酸鹼值係介於2~7之間，其中該界面活性劑10係為直鏈烷基苯磺酸鹽(linear alkylbenzene sulfonates，LAS)，該奈米粒子11係為二氧化鈦(Titanium dioxide，TiO₂)。

而當該泡沫除污劑1於製作時係配合一泡沫產生裝置3進行流速控制步驟20以及混合步驟21，其中該泡沫產生裝置3係包含有相連通之流量控制器33、泡沫產生器34及一計量液泵35，其中該流量控制器33係連接有一空氣壓縮機31，而該流量控制器33與空氣壓縮機31之間係具有一調節閥32，且該泡沫產生器34係連接有一泡沫管柱36，今本發明之各步驟所述如下：

流速控制步驟20：係以流量控制器33中之流量調節閥(圖中未示)，調節空氣壓縮機31及調壓閥32輸出的流動空氣，使其達到所需之流速。

混合步驟21：係以一計量液泵35將泡沫除污劑1輸入於裝填有玻璃珠之泡沫產生器34中，並配合流量控制器31將空氣導入泡沫產生器34中，使泡沫除污劑1充份與空氣混合，而該泡沫除污劑1之輸入體積流速為空氣體積流速之1/3~1/10，待空氣流量穩定後，以計量液泵35將預先配製的泡沫除污劑以流速為173ml/min輸入泡沫產生器34中，使泡沫除污劑與空氣充份混合後，再將所產生的泡沫送入泡沫管柱36中。如此，本發明能夠減少化學藥劑的使用，並且不需耗費過多能量對非多孔性廢棄物或金屬廢棄物表面進行氧化還原反應，也不需要藉由大量的水溶液或酸、鹼溶液清洗非多孔性廢棄物或金屬廢棄物表面。因此，該經泡沫除污的非多孔性廢棄物或金屬廢棄物表面並不會殘留強酸或強鹼等化學藥劑，且能夠確實減少非多孔性廢棄物或金屬廢棄物表面的放射性金屬核種含量。

為證實本發明確實能夠有效產生穩定的泡沫，進而清除非多孔性廢棄物或金屬廢棄物表面的放射性金屬核種，本實施例係於碳鋼片及不鏽鋼片表面分別滴加硝酸鈷之水溶液(3g/L)，經烘乾後形成模擬受金屬污染之碳鋼片或不鏽鋼片樣品，並進行(A)碳鋼片及不鏽鋼片樣品之鈷金屬含量分析、(B)泡沫穩定性測試、(C)碳鋼泡沫除污試驗及(D)不鏽鋼泡沫除污試驗。

(A)碳鋼片或不鏽鋼片樣品之鈷金屬含量分析：

本實施例所述碳鋼片或不鏽鋼片樣品鈷金屬含量之檢測方法係藉感應耦合電漿原子發射光譜分析儀(ICP-OES)進行分析，分析方法如下：

1.將受鈷金屬污染的碳鋼片或不鏽鋼片置於玻璃容器中；

2.依序加入30mL硝酸與10mL鹽酸；

3.放置30min後，將玻璃容器置於加熱器上；

4.加熱器溫度設定為300℃加熱1hr；

5.待降溫後，將消化液以去離子水定量至50mL；

6.將上述消化液過濾後，置於空試管中以備分析。

7.將分析獲得的鈷金屬含濃度C_S，乘以體積0.05L，可計算出碳鋼片或不鏽鋼片表面之鈷金屬重量W_SCo如下列關係式W_SCo=C_S×0.05。

本實施例之受金屬污染之碳鋼片及不鏽鋼片，每片樣品中鈷金屬的含量大約為0.24mg。

(B)泡沫穩定性測試：

本實施例利用如第3圖所示之泡沫產生裝置3進行泡沫穩定性測試；首先係以空氣壓縮機31及調壓閥32將空氣輸出後，以流量控制器33控制空氣流速為1730ml/min，輸入裝填有玻璃珠的泡沫產生器34中。待空氣流量穩定後，以計量液泵35將預先配製的泡沫除污劑以流速為173ml/min輸入泡沫產生器34中，使泡沫除污劑與空氣充份混合，再將所產生的泡沫送入泡沫管柱36中。在泡沫管柱36中的泡沫高度將隨著泡沫的輸入而升高，輸入泡沫一段時間後，隨即停止空氣與泡沫的輸入，然後開始紀錄泡沫管柱頂端的泡沫高度以及管柱底部的液面高度。依據所紀錄的泡沫高度以及液面高度，本研究定義了泡沫高度比做為觀察泡沫穩地性的指標，該泡沫高度比的定義為：FHR=(F_t-L_t)/(F_o-L_o)。

其中F與L分別為泡沫管柱上端泡沫與下端液面的高度讀數，而下標t以及o則代表隨時間變化的讀數以及開始計時的高度讀數。

本實施例針對泡沫除污劑的體積流速為空氣體積流速的1/10、pH3及添加2.5g/L的LAS的條件下，探討添加TiO₂對於泡沫穩定性的影響進行試驗，結果如第4圖所示；結果顯示，在pH3、泡沫除污劑的體積流速為空氣體積流速的1/10及添加2.5g/L的LAS的條件下，額外添加0.5g/L的TiO₂後，可利用泡沫產生裝置3製造出更穩定的泡沫，以利於泡沫除污的進行，而達到減少非多孔性廢棄物或金屬廢棄物表面的放射性金屬核種含量之功效，並可達到產生較少廢液的目的。

(C)碳鋼片泡沫除污試驗：

本實施例所述之碳鋼片泡沫除污試驗步驟如下：1.將碳鋼片置於玻璃容器中；2.以泡沫產生設備將泡沫打入並充滿玻璃容器；3.封閉玻璃容器開口並靜置30min；4.將碳鋼片取出置於另一玻璃容器中。

(D)不鏽鋼片泡沫除污試驗：

本實施例所述之不鏽鋼片泡沫除污試驗步驟如下：1.將不鏽鋼片置於玻璃容器中；2.以泡沫產生設備將泡沫打入並充滿玻璃容器；3.封閉玻璃容器開口並靜置30min；4.將不鏽鋼片取出置於另一玻璃容器中。

本實施例試驗(C)及(D)處理之碳鋼片或不鏽鋼片樣品，以試驗(A)之方式分析鈷金屬去除率，結果如第4圖所示。結果顯示，以泡沫產生裝置3使泡沫除污劑產生大量泡沫，可於30min內分別去除碳鋼片(第5圖)及不銹鋼片(第6圖)表面約65%及70%的鈷金屬；由此可知，使用本發明所述的泡沫除污劑確實能夠去除碳鋼片或不鏽鋼片表面的鈷金屬。由以上結果可知，本發明之泡沫除污劑的確能夠有效處理非多孔性廢棄物或金屬廢棄物表面的放射性金屬核種；據此，本發明之泡沫除污劑，係能夠藉由界面活性劑及奈米粒子，提供較低耗能條件下，同時去除非多孔性廢棄物或金屬廢棄物表面之放射性金屬核種，且達到產生較少廢液的目的。

綜上所述，本發明泡沫除污劑及其製作方法可有效改善習用之種種缺點，可使用較少之除污劑去除非多孔性廢棄物或金屬廢棄物表面放射性金屬核種，使核電設備表面的放射性金屬含量低於法規標準，除可進行廢棄或回收再利用之外，更可產生較少之廢液，而達到產少能源及水資源之消耗量者；進而使本發明之減生能更進步、更實用、更符合消費者使用之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單之等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧泡沫除污劑

10‧‧‧界面活性劑

11‧‧‧奈米粒子

12‧‧‧水溶液

Claims

一種泡沫除污劑，其包括有：界面活性劑，其重量百分比係介於0.01%~1.0%之間，且該界面活性劑係為直鏈烷基苯磺酸鹽(linear alkylbenzene sulfonates，LAS)；奈米粒子，其重量百分比係介於0.01%~1.0%之間，且該奈米粒子係為二氧化鈦(Titanium dioxide，TiO₂)；以及水溶液，係與界面活性劑及奈米粒子加以混合，該水溶液之重量百分比係介於98.0%~99.8%之間，而其酸鹼值係介於2~7之間。
一種泡沫除污劑之製作方法，其包括有下列步驟：流速控制步驟：係以流量控制器控制空氣之流速；以及混合步驟：係以一計量液泵將泡沫除污劑輸入於泡沫產生器中，並配合流量控制器將空氣導入泡沫產生器中，使泡沫除污劑充份與空氣混合，而該泡沫除污劑之輸入體積流速為空氣體積流速之1/3~1/10，其中該泡沫除污劑係包含有界面活性劑、奈米粒子以及水溶液混合而成，而該界面活性劑與奈米粒子之重量百分比係介於0.01%~1.0%之間，而該水溶液之重量百分比係介於98.0%~99.8%之間，且其酸鹼值係介於2~7之間，其中該界面活性劑係為直鏈烷基苯磺酸鹽，該奈米粒子係為二氧化鈦。
依申請專利範圍第2項所述之泡沫除污劑之製作方法，其中，該流量控制器係連接有一空氣壓縮機，且該流量控制器與空氣壓縮機之間係具有一調節閥。
依申請專利範圍第2項所述之泡沫除污劑之製作方法，其中，該泡沫產生器係連接有一泡沫管柱，可使泡沫除污劑與空氣充份混合後，送入泡沫管柱中。