[发明专利]锶及铯特异性离子交换介质

说明书

本发明涉及一种方法，其包括：使水流与非晶形硅酸钛接触，所述水流含有锶阳离子和至少一种选自钠阳离子、钾阳离子、钙阳离子、镁阳离子的阳离子，所述非晶形硅酸钛通过在搅拌下使可溶性钛盐溶液与硅酸钠溶液及碱接触制得，使非晶形硅酸钛形成为沉淀凝胶，并且成型为不具有结晶特征的粉末或颗粒；通过所述非晶形硅酸钛上的钠离子与水流中的锶阳离子离子交换从所述水流中选择性地去除部分锶阳离子。

本申请是申请号为201480004252.X的发明专利申请的分案申请，原申请的申请日为2014年1月7日，发明名称为“锶及铯特异性离子交换介质”。

技术领域

本发明涉及一种能够从水(包括海水)中去除放射性核素的新型离子交换介质。

发明背景

有机和无机离子交换剂(包括结晶分子筛沸石)用于从水溶液中去除某些金属的用途在本领域是众所周知古老的，并且专利和技术文献含有此类技术的多个实例。虽然分子筛对于去除某些阳离子通常是有效的，但是，当在水溶液中存在竞争阳离子时，分子筛一般将发挥作用到期望被有效去除的金属占用所述沸石中的一部分离子位点的程度。此后，必须丢弃或再生沸石。

以上类型的操作的一个非常实用的用途是在家庭用水软化工业中，其中使有机或无机类型的离子交换剂与水接触，直到本来存在于大部分矿物质水中的钙离子和镁离子替代最初与离子交换剂缔合的离子，通常指钠。此时，必须再生离子交换剂，并且这通常通过反洗或反冲，或以其它方式使离子交换剂与不同于从水中去除的阳离子的阳离子溶液(即，通常为氯化钠形式的钠)接触而完成。钠交换用过的离子交换剂中的钙/镁并准备重新开始循环。

在评价适合离子交换剂的性质时，非常明显的是，其作用以去除不需要的一种金属或多种金属的环境是极为重要的，并且其对竞争离子的敏感性在获得实用交换剂中是至关重要的，而不仅仅是科学好奇心。

因此，例如，在受污染的水溶液中存在重金属的工业生产过程中，因为水含有其它离子(特别是钙和镁)所以此类重金属一般不会单独存在。因此对于实际用于接触含有重金属的工业废水的离子交换剂而言，相对于竞争其离子交换位点的镁或钙，离子交换剂对重金属有足够选择性是必要的。

U.S.5,053,139公开了某些非晶形硅酸钛及硅酸锡凝胶在包括竞争离子例如钙和镁存在的测试条件下，对重金属种类例如铅、镉、锌、铬及汞展示出比现有技术的吸收剂或离子交换剂高一个数量级的显著吸收速率。非凡的铅选择性、容量和吸收速率的组合使此类物质利用最短的接触时间从水流中脱去铅，允许直接最终用于过滤器中进行水的净化，柜台下或水龙头下，或全户装置。虽然本专利教导了一种利用非晶形硅酸钛或硅酸锡从含有竞争离子例如钙和/或镁的水溶液中去除重金属的方法，但是没有提供关于从含有竞争离子的水流中选择性去除I族或II族离子，例如铯或锶的信息。

在整个核工业中，存在许多含有放射性离子例如锶和铯的水流，在处理液体前必须去除这些放射性离子。离子交换为一种去除此类离子的理想方法。然而，这些水流通常含有非放射性竞争阳离子，这使大多数离子交换物质因为有限的选择性而无效。存在含有多种含量的不同竞争离子的多种不同水流。例如，已知日本福岛有大量含有放射性锶和铯的水，因2011年海啸并发大量海水污染。去除这种竞争离子环境中的放射性核素受到了挑战。