[发明专利]一种水凝珠材料的用途及其制备方法

说明书

本发明公开一种由丙烯酸与丙烯腈共聚并偕胺肟化后，再通过离子交联所得到的水凝珠状材料的用途，即用于吸附高氟体系中的铀。本发明公开的这种材料是一种成本低、化学稳定性好并易于分离的可吸附高氟体系中的铀的吸附材料，具有优良的吸附效果，可成功实现铀氟的分离，降低氟尾渣放射性含量，成功实现清洁管控与资源的回收利用，且本发明所述材料制备方法简单，操作方便，生产过程易于控制，可大规模应用，在进行铀吸附后，材料自行和体系分离，无需离心等操作，可操作性强。本发明特别适用于我国核工业企业中的含氟环境中的含铀废水的处理，此材料可成功将铀从含氟废水中选择性分离，为解决当下核安全隐患问题提供重要技术支持。

技术领域

本发明涉及水凝珠材料的用途及其制备方法。

背景技术

能源是人类社会赖以生存的物质基础，是整个世界发展的最基本的驱动力。但因传统能源的资源有限性以及其对环境日益显著的危害性。2035年我国发电量将达到1.5～1.8亿千瓦，发电量占比达到10.0%~13.5%，在国家政策的大力支持下，我国核电已迎来一个高速迅猛的黄金发展时期。虽然核能高质量发展已步入战略机遇期，然而核能的可持续发展仍面临着诸多挑战，其中核心问题之一就是核废水的处理问题。在核燃料循环过程中,从铀矿的开采到核燃料元件的制造、反应堆的运行至乏燃料的后处理，都会产生大量的含铀废水，而含铀废水由于铀的放射性高、化学毒性强以及半衰期长，若不经处理直接排放，对人类生存和生态环境都构成了潜在的放射性危害。我国规定排放废水中铀的最大允许浓度为50 μg∙L⁻¹，故需将废水中的铀通过富集分离降至标准值之下才可排放。而在湿法核燃料生产过程产生的废水不仅含有铀，同时还含有氟的存在，因此如何从氟含量较高的氟铀废水中深度去除并回收铀，是目前核安全发展急需解决的技术性难题。迄今为止，处理含氟铀废水的方法主要有离子交换法、化学沉淀法、电渗析法、混凝沉降法、吸附法等，其中因吸附法成本低、操作简单、效率高、对环境友好，在实际应用中有较高可行性，进而被广泛研究于铀的富集与分离。

目前国内外针对处理氟铀废水的吸附剂研究较少，现阶段对于高氟体系中铀放射性废水的处理通常先采用离子交换法去除放射性废液中的微量铀，后利用生石灰沉淀法去除水体中大量氟离子，参见：邹岷,方岚,何玮,李小龙,徐春艳. 我国核燃料浓缩和制造厂含铀含氟废水处理工艺评价[A]. 中国核学会辐射防护分会、中国环境科学学会核安全与辐射环境安全专业委员会.“二十一世纪初辐射防护论坛”第十次会议：核与辐射设施退役及放射性废物治理研讨会论文集[C].中国核学会辐射防护分会、中国环境科学学会核安全与辐射环境安全专业委员会:中国核学会,2012:4.，这一工艺流程经济实用，方便易操作，但其由于在高浓度氟条件下，硅胶和树脂材料稳定性会大幅降低，进而导致材料对铀的吸附能力下降，使得水体中剩余铀含量过高，最终导致下一步固氟产物氟化钙只能作为放射性废物存放，无法清洁解控，也难以实现对含氟铀的放射性废液中的铀资源进行有效的回收利用。西南科技大学吴丽萍团队制备的新型钙铝复合海藻酸盐/羧甲基纤维素钠双功能微球吸附剂，参见：Liping Wu,Xiaoyan Lin,Xingbao Zhou,Xuegang Luo. Removal ofuranium and fluorine from wastewater by double-functional microsphereadsorbent of SA/CMC loaded with calcium and aluminum[J]. Applied SurfaceScience,2016,384.，可实现同时去除氟铀混合溶液中的氟离子和铀酰离子，pH为2.0时，对铀的吸附量达101.7 mg/g，对氟的吸附量为36 mg/g。但是该吸附剂最大的缺陷在于该吸附剂无法实现氟铀分离，吸附剂所吸附的铀和氟只能以固体废物的形式储存监管，无法实现资源的回收利用。四川大学化工学院程远梅等人研究了胶原纤维负载钛材料（TICF）对氟铀废水中铀的吸附特性，参见：程远梅,孙霞,廖学品,曾凡均,吴云,石碧.胶原纤维负载钛对氟铀废水中铀的吸附特性[J].化工学报,2011,62(02):386-392，研究结果显示TICF材料在pH为5.0的条件下，对铀的吸附容量达147.5 mg/g，但溶液中共存的氟离子对TICF吸附影响较大，需要加入掩蔽剂硝酸铝氟消除影响，无法实现进一步实际应用。兰州大学郭治军团队在隔绝氧气的条件下，向碱性含氟的铀废液中加入纳米零价铁，负载铀后的固相在通入O₂的CO₃^2-溶液中，可使得铀从固相转入液相，实现铀的回收，参见：陈宗元, 高超, 郭治军.一种处理高碱度含氟含铀废水并回收铀的方法[P].中国:CN201810101432.X。但该方法中的纳米零价铁还原性极强，需要在绝氧的环境下使用，对工艺设备的要求过高，难以实现大规模工业化。因此，介于目前高氟环境下富集分离铀的吸附材料存在各种问题，开发出一种具有可实现铀氟有效分离，且铀吸附容量高、耐氟性强、化学稳定性好、成本低、无二次污染、易于水体分离的吸附剂，是将铀从含氟废水中选择性富集分离，降低操作难度，为实现大规模实际应用解决技术问题，是解决当下核安全隐患问题的关键。