[发明专利]一种利用新型功能化纤维处理高温气冷堆燃料元件核芯制备工艺废水的方法

说明书

本发明提供了一种新型功能化纤维的制备及使用方法：以聚丙烯腈纤维为基体材料，预处理后采用水热法将氨基接枝到基体材料上，制备新型功能化纤维（编号为XKXW‑IV）。本发明采用的材料制备方法简单，官能团接枝率较高（≥74.7%），XKXW‑IV性能稳定，亲水性好，吸附容量较高，可重复利用，具有一定的耐有机物性能，在优化条件下对铀的吸附量高达492.6 mg/g。针对常规有机物（四氢糠醇、PVA、尿素等）、阴离子（NO₃^‑、SO₄^2‑、Cl^‑等）及阳离子（Pb²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Sr²⁺等）共存的复杂含铀废水，本发明制备的XKXW‑IV对铀表现出较好的选择性（Kd≥857.5 L g^‑1），处理真实高温气冷堆燃料元件核芯制备工艺废水时铀去除率可达99.7%。因此，XKXW‑IV在核燃料循环过程产生的复杂含铀废水处理方面具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及有机物、常规金属、非金属共存的低放废水处理领域，具体涉及一种新型功能化纤维的合成方法，及其对高温气冷堆燃料元件生产过程产生的复杂含铀废水的净化和铀资源回收。

背景技术

高温气冷堆（HTGR）球形燃料元件的燃料核芯为陶瓷二氧化铀（UO₂）颗粒，目前主要采用外凝胶法制备二氧化铀核芯，以U₃O₈固体粉末为原料，利用硝酸将其溶解得到硝酸铀酰[UO₂(NO₃)₂]水溶液，再与多种添加剂按一定配方和工序配制成含一定铀浓度的胶体，其中添加剂包括兼具络合剂和缓冲剂作用的尿素、粘接剂聚乙烯醇、交联剂四氢糠醇等有机物；然后，胶液经压力式振动喷嘴分散成均匀胶滴，滴液先后在氨气和氨水中固化成凝胶球；所得凝胶球经陈化、洗涤和干燥后得到干燥凝胶球。因此，在生产过程中会产生大量含氨、铀、有机物[尿素、聚乙烯醇(PVA)、四氢糠醇(4-HF)等]、硝酸盐等复杂低放废水，该类废水成分多，氨、有机物、铀以及盐(硝酸铵等)含量都较高，与常规简单含铀废水差别较大，处理难度较高。传统的废水处理方法难以有效规避有机物和盐的干扰，深度净化该类废水并有效提取回收铀。因此，开发一种从高温气冷堆燃料元件生产过程中产生的复杂含铀工艺废水中高效提取U(VI)的新材料和新工艺显得尤为重要。

随着吸附分离技术研究的深入，高分子材料的迅速发展，新型有机材料作为吸附剂也逐渐被应用在重金属处理领域中。目前，针对铀的提取和回收，研究较多的有机类吸附剂包括膦酸类、氨基类及胺肟基化合物类等。功能化纤维作为一类配位型聚合物，是含有特殊功能基团的金属离子吸附分离材料，可以用于金属离子的吸收富集、放化分离、放射性废水处理等领域，是众多吸附剂中较好的一种。中国专利(ZL91103814.0、CN102587117.A、CN102614842.A等)公开了在聚合物纤维表面通过接枝的方法引入偕胺肟基制备金属离子尤其是铀吸附剂的方法，结果表明该类吸附剂对工业废水或海水中的铀具有良好的吸附能力，然而，该类偕胺肟基聚合物纤维材料的机械性能较差，在反复使用过程中易发生断裂破碎，造成材料的使用寿命短、成本大为增加，从而使得这种材料难以在实际中应用。因此，开发一种稳定性较好、吸附容量较高、亲水性较好、循环利用性能好的吸附剂具有重要意义。中国专利CN 201410770371.8、CN201110229789.4和CN109137506.A都采用聚丙烯腈纤维作为原材料，通过化学改性引入功能基团，该类纤维在机械强度方面有较优异的性能。本发明所述的XKXW-IV，以聚丙烯腈纤维为基体材料，通过简单的预处理和胺化反应引入氨基官能团，材料制备方法简单，官能团接枝率较高，制备的XKXW-IV性能稳定，亲水性好，吸附容量较高，具有一定的耐有机物性能，目前尚未见有相同的报道，并且尚未见到有将该类纤维应用在有机低放废水领域的报道。因此，XKXW-IV不仅对于解决资源的稀缺和潜在的环境问题均具有重要的理论意义，且具有实际应用价值。

发明内容