[发明专利]一种电化学氧化石墨制一氧化碳的方法

说明书

本申请公开了一种电化学氧化石墨制一氧化碳的方法，所述方法包括以下步骤：在陶瓷膜电解池的阴极和阳极之间施加电压，使得含有氧气的气体在陶瓷膜电解池的阴极电解获得氧离子，所述氧离子经过所述陶瓷膜电解池的电解质传输至所述陶瓷膜电解池的阳极；所述陶瓷膜电解池的阳极处的石墨氧化，得到含有一氧化碳的气体。通过本发明堆照石墨气化率高，在密闭系统中进行，反应易控制，对于退役堆照石墨的处理具有创新性与社会经济效益。

技术领域

本发明涉及本发明涉及堆照放射性石墨处理技术领域，特别涉及陶瓷膜电解池电化学氧化堆照石墨制一氧化碳的方法。

背景技术

石墨作为反应堆的结构材料，主要用作中子慢化剂和反射层，在世界上一百多座核电站、实验堆、材料试验堆中均有大量使用，随着一些研究堆和生产堆的退役，大量堆照石墨需解决去向问题。现阶段，退役堆照石墨的处理方法是反应堆关闭后就长期贮存几十年。但长期贮存有一定的负面影响和不确定性，如对经济和社会稳定的长期依赖，贮存建筑物易被意外侵入，仍需要后代彻底清理等；同时，堆照石墨受反应堆运行中的快中子及其他高能粒子辐射致石墨点阵原子位移并在石墨晶体中贮存了相当大的能量，即“维格纳能”。这种形式的能量以晶格缺陷的形式存在于石墨中，在一定条件下以热能形式释放出来，容易导致石墨自燃。可见，长期贮存只是把问题留给将来，从安全稳定角度考虑，堆照放射性石墨最终还是需要进行处理。

近年来，国内外针对堆照放射性石墨的处理，陆续开展了基于焚烧、自蔓延固化、直接固定、蒸汽热解等工艺的技术研发。焚烧能够实现堆照放射性石墨的大幅度减容，但焚烧后尾气中放射性核素的去除是制约该方法的主要因素之一。自蔓延固化，以固体形式存在，增重比可达20倍以上。直接固定是以水泥、滤清等固定才直接注入，增容比太大，且没有考虑维格纳能带来的风险。蒸汽热解处理堆照石墨减容效果显著，但反应过程不易控制，技术难度大，工程应用难度大。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种电化学氧化石墨制一氧化碳的方法，以解决上述背景技术中的问题。

所述电化学氧化石墨制一氧化碳的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

在陶瓷膜电解池的阴极和阳极之间施加电压，使得含有氧气的气体在陶瓷膜电解池的阴极电解获得氧离子，所述氧离子经过所述陶瓷膜电解池的电解质传输至所述陶瓷膜电解池的阳极；所述陶瓷膜电解池的阳极处的石墨氧化，得到含有一氧化碳的气体。

可选地，所述含有一氧化碳的气体中一氧化碳的体积含量不低于90vol％。

在陶瓷膜电解池电化学氧化堆照石墨的过程中，并没有碳元素的损失和排放，无论是CO₂/O₂去除还是石墨氧化，均是氧元素的化学输运和再平衡过程。

可选地，含有氧气的气体选自空气、氧气、50％体积分数的氩气中任意一种。

可选地，所述阴极包括TCNO/SDC复合电极、CCNO/SDC复合电极中的至少一种；

其中，TCNO为Cr和Ni共掺杂的TiO₂陶瓷；CCNO为Cu和Ni共掺杂的CeO₂陶瓷。

可选地，所述阳极包括过TCNO/SDC复合电极、CCNO/SDC复合电极中的至少一种；

其中，TCNO为Cr和Ni共掺杂的TiO₂陶瓷；CCNO为Cu和Ni共掺杂的CeO₂陶瓷。

可选地，所述电解质包括YSZ、LSGM中的至少一种。

可选地，TCNO/SDC复合电极中TCNO：SDC质量比为65:35。

可选地，在所述陶瓷膜电解池的阴极和阳极之间施加0.8～3.0V电压。

可选地，所述陶瓷膜电解池在使用之前进行还原处理。