[发明专利]一种复合水凝胶、防渗卷材及其制备方法和其应用

说明书

本发明提供了一种复合水凝胶、防渗卷材及其制备方法和其应用，具体涉及一种可用于核废料处置隔离层的复合水凝胶防渗卷材。该防渗卷材由面防护层、复合水凝胶、以及底支撑层组成，复合水凝胶位于面防护层以及底支撑层之间，其制备方法为：将由纤维、水凝胶、填料、改性剂、偶联剂、防霉剂及水制成的纤维增强水凝胶，通过压机紧密压至面防护层和底支撑层之间，制成复合水凝胶防渗卷材产品。本发明所得的防渗卷材主要用于核废料处置库中废液罐包覆隔离层，以及缓冲层与围岩间铺设的隔离层，可有效阻止缓冲层材料在地下水长期作用下的侵蚀，并进一步固化放射性核素，提高核废料处置库的安全性和长期有效性。

技术领域

本发明属于核废料处置及防护技术领域，具体涉及一种复合水凝胶、防渗卷材及其制备方法和其应用。

背景技术

核能作为一种清洁、高效、环保能源，已在越来越多的领域得到应用。人类在享受核能带来益处而大力发展和核应用技术的同时，核废物量也在逐年増加，核废物的安全处置成为亟待解决的问题。2011年由地震引发海啸导致日本福岛核泄漏事故，再次引发了全球对核废物处置高度关注。根据放射性水平的分类，核废物被划分为低放、中放和髙放废物。目前中低放废物安全处置技术已经很成熟，但是高放射性废物安全处置还在研究中。高放废物具有半衰期长、放射性强、毒性特大、发热量高等特点，如果不进行合理的处置，将会破坏自然环境和人类和谐发展。

目前国际上主流的高放废物地质处置为地下库一钻孔处置、地下库一巷道处置技术，这两种技术主要是在500米到1000米深的地下库中，将高放废物固化体封装在高放废物废物罐中，放入适当的围岩，废物罐周围及围岩之间用缓冲材料填充。缓冲材料层在高放废物处置中起着十分重要的作用，它不仅维护处置库整体结构的稳定，阻止或者减缓地下水的流动、而且可进一步阻滞核素迁移，传递扩散废物释放的热量。近30年国内外研究过的缓冲材料主要有膨润土、蒙脱石、伊利石、石英砂、沸石等，其中膨润土因其具有良好的压实性、低渗透性、高膨胀性、良好的热稳定性及导热性、以及对核素良好的吸附性，被多国认为是较理想的缓冲材料。然而，近年来国内针对高放废物地质处置库中膨润土侵蚀机理的相关研究表明，膨润土及其混合物作为缓冲层材料，在围岩裂隙水长期和缓慢的作用下，会首先产生化学侵蚀，形成膨润土凝胶，然后跟随地下水流剥离膨润土缓冲层表面，形成物理侵蚀，进而导致缓冲层的密实度降低、渗透性增加，密封效果降低。由此最终可能造成废物罐产生沉降、位移，加快围岩层硫化物穿过缓冲层，与废物罐接触，腐蚀废物罐，进而导致高放废物处置库破坏，放射性核元素泄漏，危及人类的健康安全，造成灾难性后果。

发明内容

本发明针对膨润土作为缓冲层材料可能存在侵蚀风险的问题，创新性地提出了一种抗侵蚀隔离层概念，并提供一种核废料处置隔离层用复合水凝胶防渗卷材及其制备方法，旨在通过隔离层的引入，提高高放废物处置库缓冲材料的抗侵蚀能力，进一步提高高放废物处置库的安全性和长期有效性。本发明所得的防渗卷材主要用于核废料处置库中废液罐包覆隔离层，以及缓冲层与围岩间铺设的隔离层，可有效阻止缓冲层材料在地下水长期作用下的侵蚀，并进一步固化放射性核素，提高核废料处置库的安全性和长期有效性。

本发明的一个目的是提供一种用于制备防渗卷材的复合水凝胶，所述复合水凝胶包括：

纤维：0～10％；

水凝胶：1～40％；

填料：1～90％；

改性剂：0.1～40％；

偶联剂：0.1～5％；

防霉剂：0.1～5％；

水：8～40％；

所述百分数为重量百分数。

具体的，所述的复合水凝胶还包括下述1)-7)所述中的至少一种：