一种低放废水中锶元素的富集方法

摘要

一种低放废水中锶元素的富集方法，所述方法为：向含锶的低放废水中加入CaCl

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及低放废水处理技术，尤其涉及一种低放废水中锶元素的富集方法。

背景技术

核技术的大量应用导致放射性废物的品种和数量不断增加。在放射性废物中，放射性废水的体积与放射性总量占比都非常大(刘巍.中国核工业,2015,(3),18；许玲.国防科技工业,2011,(5),35-37)。实际产生的废水绝大多数属于中低放废水，减量化是其处理的关键(王建龙,刘海洋.环境科学学报,2013,33,2639-2656)。目前中低放废水的处理方法包括化学法、物理法、生物法和环境矿物学方法等。尽管不同的方法都有其优点，但都还存在不同程度的不足，难以满足现有要求。因此，寻找新的高效减量化处理途径势在必行。在现有处理方法中，生物法和环境矿物学方法都是利用天然自净化功能实现对中低放废水的处理，由于它们都具有良好的环境相容性，因此越来越受到重视(NgwenyaN,Chirwa E MN.Water Science Technology,2011,63,124-128)。在过去，这两种方法往往是分开进行的。如果能将这两种方法有机地统一起来，通过有机质表面羧基、氨基、羟基等活性官能团的络合以及静电等作用首先实现对核素离子一次富集，再通过原位矿化和矿化物表面、孔道、结构、离子交换、结晶等矿物富集效应(鲁安怀.地学前缘,2005,12,196-205)实现对核素离子的二次富集，将有可能大幅度提高富集效率，为中低放废水高效减量化处理提供一种新的途径。

目前，中低放废水模拟核素离子种类较多，常见的有U、Th、Eu、Co、Sr、Cs等(Oh S,Shin W S,Choi S J.Journal Radioanalytic and Nuclear Chemistry,2015,303,495-508；Srivastava S,Bhainsa K C.Journal ofEnvironmental Management,2016,167,124-129)。其中¹³⁷Cs是公认的对环境有效剂量当量贡献较大放射性核素，它们会通过食物链进入人体进而产生危害(杨毅,李泽,等.原子能科学技术,2000,34,170-174)。此外，Cs的配位能力相对较弱，因而富集难度相对较大。

因此，本领域技术亟需研究一种能高效富集低放废水中锶元素的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低放废水中锶元素的富集方法，所述方法为：

向含锶的低放废水中加入CaCl₂，使得CaCl₂的至终浓度为0.125～0.160mol/L，再加入谷氨酸并混合均匀；之后加入Na₂CO₃进行反应；

所述低放废水中，锶的含量以CsNO₃的重量计，为1～100mg/L；

所述锶元素以包括CsNO₃的形式存在，所述谷氨酸的加入量与CsNO₃的重量比为1000:1。

本发明基于环境矿物学和生物学自净化的原理，结合CaCO₃系生物矿化的多样性和研究成果的丰富性，以低放废水核素离子Cs⁺为处理对象，通过CaCO₃仿生矿化过程对其进行富集处理，为低放废水核素离子Cs⁺的高效减量处理提供了一种高效的途径。

在获得本发明方案之前，发明人在仿生矿化有机基质的选择上进行了大量的摸索，未能找到合适的有机基质。如采用L-天冬氨酸、牛血清蛋白、谷蛋白、支链淀粉和可溶性壳聚糖作为有机基质时，所得最高吸附量仅分别为484.5ug/g、467.3ug/g、422.9ug/g、277.6ug/g和324.8ug/g。

本发明以CaCl₂和NaCO₃为原料，通过谷氨酸的诱导效应，利用仿生矿化反应对低放废水中锶元素进行吸附富集，获得了优秀的吸附富集效果，所得吸附量可达550ug/g以上。

本发明一方面是与生物体自然矿化过程较为相似，具有生物自净化的属性。另一方面，本发明通过矿化产物与天然无机矿物组成和结构相似性的特点，通过表面、孔道、结构、离子交换、结晶等不同的天然矿物净化效应实现对模拟核素离子的富集，属于环境矿物学范畴。因此，本发明兼顾了有机界生物和无机界天然矿物的天然自净化功能，它为现有的低放废水的天然自净化处理提供新的途径和思路。

优选地，所述CaCl₂的至终浓度为0.125mol/L。

优选地，所述Na₂CO₃的摩尔量与CaCl₂的量一致。

优选地，所述Na₂CO₃的加入方式为在搅拌条件下缓慢加入。

优选地，所述缓慢加入速度为5～20mL/min。

所述搅拌包括机械搅拌或磁力搅拌。

所述进行反应的条件为静置反应。

优选地，所述静置的时间为1～8小时。

所述低放废水中，锶的含量以CsNO₃计，为1～100mg/L。

本发明的有益效果：

1、本发明具有工艺简单、可控性强、稳定性好、反应条件温和、原材料来源广泛、成本低廉等优点，整体工艺利于大规模工业化处理。

2、本发明具有吸附量高、成本低的综合优点，吸附量可达550ug/g以上。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

分别配置0.2mol/LNa₂CO₃溶液，0.2mol/L>2溶液，100mg/L>3溶液。

向30mL的100mg/L>3溶液加入100mL>2溶液中，然后加入3g谷氨酸，混合均匀。在机械搅拌的同时用恒压分液漏斗以15mL速度滴加100mL>2CO₃溶液至混合液中，静置4小时，取上层液体分析Cs的含量并计算富集量为558.9ug/g。沉淀经抽虑、洗涤(用无水乙醇和超纯水各洗三次)、干燥，进行SEM(日本电子株式会社JSM-6360LV)表征，观察到沉淀颗粒的形状为球形与方形的混合体。

实施例2

分别配置0.2mol/LNa₂CO₃溶液，0.2mol/L>2溶液，100mg/L>3溶液。

向40mL的100mg/L>3溶液加入100mL>2溶液中，然后加入4g谷氨酸，混合均匀。在磁力搅拌的同时用恒压分液漏斗以15mL速度滴加100mL>2CO₃溶液至混合液中，静置4小时，取上层液体分析Cs的含量并计算富集量为552.6ug/g。沉淀经抽虑、洗涤(用无水乙醇和超纯水各洗三次)、干燥，进行SEM(日本电子株式会社JSM-6360LV)表征，观察到沉淀颗粒的基本形状为方形，其中混合有少量球形。

实施例3

分别配置0.2mol/LNa₂CO₃溶液，0.2mol/L>2溶液，100mg/L>3溶液。

向50mL的100mg/L>3溶液加入100mL>2溶液中，然后加入4g谷氨酸，混合均匀。在磁力搅拌的同时用恒压分液漏斗以15mL速度滴加100mL>2CO₃溶液至混合液中，静置6小时，取上层液体分析Cs的含量并计算富集量为550.2ug/g。沉淀经抽虑、洗涤(用无水乙醇和超纯水各洗三次)、干燥，进行SEM(日本电子株式会社JSM-6360LV)表征，观察到沉淀颗粒的形状基本为方形，其中混合有极少量球形。

实施例4

分别配置0.2mol/LNa₂CO₃溶液，0.2mol/L>2溶液，100mg/L>3溶液。

向60mL的100mg/L>3溶液加入100mL>2溶液中，然后加入5g谷氨酸，混合均匀。在磁力搅拌的同时用恒压分液漏斗以20mL速度滴加100mL>2CO₃溶液至混合液中，静置8小时，取上层液体分析Cs的含量并计算富集量为554.9ug/g。沉淀经抽虑、洗涤(用无水乙醇和超纯水各洗三次)、干燥，进行SEM(日本电子株式会社JSM-6360LV)表征，观察到沉淀颗粒的形状基本全部为方形。

对比实施例1

除了将谷氨酸替换为L-天冬氨酸之外，其余与实施例1一致。按照同样的计算方法获得的富集量为484.5ug/g。

对比实施例2

除了将谷氨酸替换为牛血清蛋白之外，其余与实施例1一致。按照同样的计算方法获得的富集量为467.3ug/g。

对比实施例3

除了将谷氨酸替换为谷蛋白之外，其余与实施例1一致。按照同样的计算方法获得的富集量为422.9ug/g。

对比实施例4

除了将谷氨酸替换为支链淀粉之外，其余与实施例1一致。按照同样的计算方法获得的富集量为277.6ug/g。

对比实施例5

除了将谷氨酸替换为可溶性壳聚糖之外，其余与实施例1一致。按照同样的计算方法获得的富集量为324.8ug/g。