[发明专利]一种含有Mn/Sb2O5的吸附剂的制备方法及其产品与应用

说明书

技术领域

本发明涉及无机材料领域，特别涉及一种含有Mn／Sb₂O₅的吸附剂的制备方法及其产品与应用。 

背景技术

核电作为一种清洁能源，已经成为我国能源结构不可或缺的组成部分。2020年，核电运行和在建装机容量要达到1亿千瓦，核电机组将达到100多台。 ⁵⁸Co／⁶⁰Co是核电站在正常运行工况下所产生放射性废液中中的重要放射性核素，具有γ放射性的⁶⁰Co对人体和环境的危害巨大，是放射性废液处理的重点目标之一。⁵⁸Co／⁶⁰Co主要来源于结构材料的腐蚀，其中⁵⁸Co是⁵⁸Ni经由(n，p)反应形成的，半衰期为70.8±0.1天，属于中毒性核素；而⁶⁰C_o是不锈钢和钴合金中的⁵⁹Co经(n，p)反应形成的，是β-衰变核素，同时发射β-和γ射线，β-射线的最大能量为0.315兆电子伏，γ射线的能量有1.173和1.332兆电子伏两种，其半衰期为5.272年。⁶⁰Co经人体吸收后易于沉积在肝、肾和骨骼中，能导致脱发，会严重损害人体血液内的细胞组织，造成白血球减少，引起血液系统疾病，如再生性障碍贫血症，严重的会使人患上白血病，甚至死亡，是生物学上最危险的放射性毒素之一。因此高效去除⁵⁸Co／⁶⁰Co，尤其是限制⁶⁰Co向环境的扩散，对核电站的正常运行具有重要的意义。 

核电站放射性废液中大部分核素以离子形态存在，可以通过目前核电站普遍采用的“过滤+离子交换”或传统的“絮凝沉降-蒸发-离子交换”工艺加以去除；而Co在碱性及低浓度溶液中易于转化为胶体形态，或者与化学去污废液中含有的柠檬酸、草酸、EDTA及表面活性剂形成络合状态，核电厂常用的“过滤+离子交换”工艺对此类胶体形态放射性核素的去污系数较低，不能完全满足要求。此外，除盐床中，由于胶体易附着于离子交换树脂表面而引起离子交换树脂提前失效，导致离子交换树脂更换频繁，增加了固废产量，为核电厂的生产运行增加了负担。 

选择性无机离子吸附剂去除中低放废液中的核素离子是近年来国际上的研究热点。与离子交换树脂相比，无机离子吸附剂对主要核素的选择性高，能快速大幅度降低废液的放射性活度；而且无机离子吸附剂的热稳定性和化学稳定性好、耐辐照性能强，吸附饱和的无机材料在长期地质储存中具有高度的稳定性，易于现场辐射防护以及废物终端处理处置，满足核废物减量化的原则。中 低放废液中核素离子的总质量浓度处于0.001～0.01μg／L量级，而共存非放射性离子如Na⁺、K⁺、Ca²⁺等的浓度很高(可达6mol/L)，废液的含盐量通常为mg/L～g／L的级别，有些甚至高达上百g／L；此外废液的酸度变化范围宽，可从强酸性到强碱性(pH=1～13)，这些因素都对痕量核素离子的去除产生严重的干扰。因此无机离子吸附剂研究的目标是要在高盐度、强酸／碱性条件下达到对痕量放射性核素的选择性高、吸附容量大、吸附速度快。 

目前研究较多的Co离子吸附剂主要是水合金属氧化物，其中水合氧化钛、氧化锰及其复合氧化物对Co的吸附性能较好。机理研究表明，Co主要是与金属氧化物表面的羟基进行离子交换，其吸附容量决定于吸附剂比表面和表面羟基含量，在酸性溶液中由于H₃O⁺的竞争吸附，Co离子的选择性快速下降；在中性或碱性(pH>8)条件下，由于CoOH⁺或Co(OH)₂的形成而使吸附选择性提高，其吸附容量也随pH的增大而增大。因工艺条件所致，放射性废液的pH范围很宽，目前研究较多的金属氧化物吸附剂更适用于中性或碱性废液，不适宜在酸性条件下应用。此外核电站进行管道去污时一般采用EDTA、草酸、柠檬酸等络合剂，这些络合剂极易与Co形成络合物，其稳定性高，严重干扰Co的吸附性能，而目前的金属氧化物型吸附剂对络合态Co的吸附性能研究较少。