[发明专利]一种水体除铯用表面改性膜的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种水体除铯用表面改性膜的制备方法及应用，属于膜分离技术领域。具体步骤是：首先，将二氧化硅中间体在氮气回流保护下进行氨基化；其次，将氨基化二氧化硅与膜表面通过化学处理生成酰胺键相连，使得二氧化硅与膜表面稳定结合；最后，将负载二氧化硅的膜通过反复浸渍氯化铁和亚铁氰化钾溶液，使得膜表面配位反应生成普鲁士蓝吸附活性层。普鲁士蓝负载的质量通过浸渍次数和时间控制。膜过滤实验证明本发明优化后的普鲁士蓝/聚偏氟乙烯改性膜水通量为1000‑2000L/h·m²·bar；在Cs浓度为0.1mg/L，过滤流速为100L/m²·h条件下，10h运行时间内铯去除率超过99％。在共存离子和天然有机质存在条件下，改性膜仍能保证较高除铯率。

技术领域

本发明涉及一种用于放射性水体中痕量铯(Cs-134，Cs-137)去除的表面改性膜的制备方法及实际应用，尤其是涉及一种表面改性水处理膜的制备方法。此改性膜以聚偏氟乙烯膜为原膜，通过化学处理将纳米二氧化硅(SiO₂)和普鲁士蓝(PB)层层负载在聚偏氟乙烯膜(PVDF)表面，制备出稳定的改性膜(PB-g-SiO₂-g-PVDF)。该膜可嵌套入膜法水处理系统设备中，从而应用于放射性污染水体(特别是主要受Cs污染的低放水体)的处理。本发明属于膜技术水处理及放射性污染水体处理技术领域。

背景技术

核电是缓解世界性的能源短缺最有效的方式之一，在我国已经逐渐成为能源结构中的重要组成部分。但另一方面，核电事故一旦发生，将会造成后果严重的环境放射性污染，导致放射性核素进入人体并蓄积于各器官或组织，进而显著提高人类致癌风险。如1986年发生在前苏联的切尔诺贝利核电站爆炸事故，该事故向环境中排放了大量的放射性废物，造成了严重的大气、水源和土壤的放射性污染。2011年，日本福岛核事故的发生再次将核能安全利用问题推到风口浪尖。此次核事故导致大量的放射性废物排入太平洋，造成了严重的污染。这两次典型的核事故泄露到环境中的放射性核素并未能完全得到及时处理，一些核素随着大气、水流等环境介质的运动造成大面积、低浓度、且难以富集和消除的水体放射性污染，成为了亟待解决的放射性难题。此类水体一般水量较大，目前用于高浓度放射性废水处理的方法并不完全适用于这类水体。因此，研究开发受污染水体中痕量放射性核素去除的关键技术，对于应对突发饮用水源放射性污染事故、控制放射性污染、减轻公众和环境健康危害提供了有力的技术支持。

核事故产生的放射性核素主要有铯Cs、锶Sr、碘I。其中，Cs元素是典型的β和γ放射体，其同位素中Cs-137具有高达30.2年的半衰期，这导致随着时间的延长，Cs将成为主要的放射源。除此之外，痕量的Cs即可造成水源严重的放射性危害，如福岛核电事故1个半月后，地下渗出水中放射性Cs浓度只有0.6mg/L，但其放射性活度高达1.8×10⁹Bq/L。另一方面，水体中的铯元素主要以Cs⁺存在，进入生物体之后与碱金属同族元素钾的行为相似，能迅速在生物体中扩散分布，造成严重的内源照射。同时，Cs能够与水体中的有机物结合，具有更高的溶解性和迁移特性，更加难以控制去除。因此，一旦有少量放射性核素泄露到水环境中，将会导致大范围、长时间的水源放射性超标，影响水质安全。因此，如何从放射性污染水源中的共存离子和有机物的复杂水环境中，选择性高效分离去除痕量放射性核素已成为亟待解决的重要问题。