微波辅助芬顿试剂降解阳树脂及水泥固化研究
发布时间：2021-11-27 14:02
核工业的生产过程中将产生大量的放射性废液,由于放射性核素的存在,放射性废液需要进行有效处理排放或进一步处理处置。离子交换工艺因其去污因子高而被用于处理中、低放放射性废液,稳定性能好的离子交换树脂是常用的离子交换材料,吸附放射性核素的离子交换树脂成为放射性废离子交换树脂,其处理处置已经成为核工业发展面临的难题之一。目前国际上在放射性废树脂的处理主要采用湿法氧化技术将树脂降解后再进行固化处理处置,本研究选用微波辅助芬顿湿法氧化技术高效降解放射性废阳离子交换树脂,对降解产物进行了分析和水泥固化研究。研究发现微波辅助芬顿技术可以实现树脂的高效降解,在微波辅助作用下,芬顿试剂产生的羟基自由基浓度远大于普通芬顿试剂,产生的强氧化性羟基自由基与树脂的化学键作用进行快速降解;同时微波对体系进行快速加热达到理想的反应条件,降低树脂的表面结合能,羟基自由基能快速进入树脂的内部,实现内外部同时降解,提高了降解效率。研究分析了微波辅助芬顿试剂方法各条件对降解效果的影响,低微波功率、酸性条件、合适的催化剂和氧化剂配比可以实现阳离子交换树脂的高效降解。通过响应面分析法分析了各个实验因素对降解速率的影响,得到了优化...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
离子交换树脂吸附放射性核素示意图
技大学硕士论文2换料腔和乏燃料水池的冷却和处理、硼回收和废液处理等系统，其比活度一般可达107～1013Bq·kg-1，主要包含放射性核素为Sr、Cs、Co、Ni、I等。离子交换树脂的种类较多，核电站主要采用聚苯乙烯改性离子交换树脂，如732型阳树脂和717型阴树脂。图1.2为732（阳）、717（阴）树脂结构。732型阳树脂是在交联为7%的苯乙烯-二乙烯苯共聚体上带有磺酸基（-SO3H）的离子交换树脂；717型阴树脂则是交联季铵基（-N(CH3)3OH）。树脂吸附放射性核素后，由于其放射性不能再重复利用，因此亟需进行处理和处置。图1.2732（左）阳离子树脂、717（右）阴离子树脂由于树脂具有较强的溶胀性能，导致水泥固化体增容量大；固化体容易开裂，影响其长期安全稳定性。废树脂在暂存过程中会粉化、板结，长期贮存更不易后期处理与处置。世界核电大国对放射性废树脂处理方法进行了大量研究，但成熟、理想的处理方法较少，目前废树脂主要贮存在不锈钢贮槽中。现行这两种处理方式均不利于放射性废物的长期处理与处置，不符合IEAE提出的核废物处理和处置最小化原则[2]；另外随着核电站增加和运行，废树脂的体量越来越大，增加了其潜在安全风险。放射性废树脂的安全处理处置已经成为核工业发展亟需解决的关键技术问题之一；同时也是我国核电自主化和“走出去”战略的重要需求。1.2国内外研究现状随着核工业的发展，大量放射性废液需要净化处理，离子交换树脂的使用量将逐步加大，放射性废树脂的贮存和长期处置问题日益凸显，如何安全、经济、有效的处理和处置将成为影响核工业发展的重要因素之一。目前放射性废树脂的处理主要有水泥固化法、干法氧化法、微生物转化法、湿法氧化法等[3-9]。早期树脂固化研究主要采用水泥直接固化方式，主要选用廉价、
和硫酸盐。若采用水泥固化技术再对残留物进行处理，与废树脂直接水泥固化法相比，湿法氧化后再固化技术的减容率是前者的10-15%，有效地遵循了废物最小化的原则。台湾亚炬企业股份有限公司同样也开展了相关研究，研究结果表明树脂的含硫量直接影响了残留物水泥固化体的效果，湿法氧化与降解残液水泥固化技术的废物减容比约3.5。2013年建成一套废树脂湿法氧化和废液水泥固化反应系统（简称WOHEST），其主要技术路线图示于图1.3。该系统每小时可处理废树脂40L，产生的固化体较废树脂直接水泥固化体积减容40%以上[53,65-66]。图1.3WOHEST系统技术路线图1.3研究目的、意义及主要内容1.3.1研究目的芬顿湿法氧化技术降解放射性废树脂已经经历近30年的研究，但仍未开展大规模的工程技术应用，主要存在以下几个问题：1.芬顿湿法降解树脂的降解效率较低（反应条件、自由基浓度）。美国橡树岭国家实验室的废树脂降解时间为9-10小时，台湾为8小时，主要是由于在芬顿反应过程中，羟基自由基的存活时间短，生成速率和浓度较低导致。2.芬顿降解过程中产生大量的气泡（特别是阴离子树脂）。主要是反应过程中产生的二氧化碳和氧气等气体，气泡的产生一方面减小了树脂和试剂的降解效率，另一方面气泡将增加反应容器的压力，导致核素溢出风险。3.芬顿试剂降解后可能导致残液的体量增加。研究发现降解20g左右的树脂需要试剂量一般为200-250mL，产生的废液需要进一步浓缩减容处理。若能有效提高芬顿试剂降解废树脂的降解效率、控制气泡量、注意废液的减容，该
【参考文献】：
期刊论文
[1]响应面法优化D201树脂处理含铁废盐酸溶液的工艺研究[J]. 欧阳杰,谷晋川,温鑫,冉孟家,余乐. 离子交换与吸附. 2018(06)
[2]响应面优化提取小球藻蛋白质及其性质研究[J]. 杨倩,蔡茜茜,郭淋凯,刘智禹,汪少芸. 中国食品学报. 2018(06)
[3]湿法氧化处理放射性废离子交换树脂的方法[J]. 李江博,王烈林,谢华,冯志强,曾阳. 同位素. 2019(01)
[4]湿式氧化法处理放射性废离子交换树脂研究进展[J]. 徐乐瑾,隋增光. 科技导报. 2017(13)
[5]阳离子交换树脂催化水解制备纳米纤维素工艺条件的响应面优化[J]. 金浩,黄广华. 许昌学院学报. 2017(02)
[6]响应面法优化微波辅助ESR-5树脂固定化胰蛋白酶[J]. 刘伟华,李荣,姜子涛. 食品工业科技. 2017(06)
[7]放射性废树脂处理技术工程应用的选择[J]. 严沧生,梁永丰,战仕全. 辐射防护. 2016(04)
[8]硫酸盐侵蚀作用下水泥砂浆损伤试验研究[J]. 刘洪珠,赵铁军,王建,张益杰,代鑫旖. 粉煤灰. 2016(02)
[9]蒸汽重整处理核电厂放射性废树脂的探讨[J]. 李斗,华伟,廖能斌,任力. 广州化工. 2015(15)
[10]放射性废物蒸汽重整处理及矿化技术发展现状及展望[J]. 林力,马兴均,陈先林,李文钰. 科技创新导报. 2015(18)
硕士论文
[1]阴树脂芬顿氧化工艺初步研究[D]. 贾少青.山西大学 2017
[2]放射性废树脂的减容固化及机理研究[D]. 魏晓婷.哈尔滨工业大学 2016
[3]受硫酸盐溶液长期浸泡混凝土耐久性试验研究[D]. 贺瑞春.华北水利水电学院 2008
[4]混凝土孔结构的分形特征研究[D]. 尹红宇.广西大学 2006
本文编号：3522437
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
离子交换树脂吸附放射性核素示意图
技大学硕士论文2换料腔和乏燃料水池的冷却和处理、硼回收和废液处理等系统，其比活度一般可达107～1013Bq·kg-1，主要包含放射性核素为Sr、Cs、Co、Ni、I等。离子交换树脂的种类较多，核电站主要采用聚苯乙烯改性离子交换树脂，如732型阳树脂和717型阴树脂。图1.2为732（阳）、717（阴）树脂结构。732型阳树脂是在交联为7%的苯乙烯-二乙烯苯共聚体上带有磺酸基（-SO3H）的离子交换树脂；717型阴树脂则是交联季铵基（-N(CH3)3OH）。树脂吸附放射性核素后，由于其放射性不能再重复利用，因此亟需进行处理和处置。图1.2732（左）阳离子树脂、717（右）阴离子树脂由于树脂具有较强的溶胀性能，导致水泥固化体增容量大；固化体容易开裂，影响其长期安全稳定性。废树脂在暂存过程中会粉化、板结，长期贮存更不易后期处理与处置。世界核电大国对放射性废树脂处理方法进行了大量研究，但成熟、理想的处理方法较少，目前废树脂主要贮存在不锈钢贮槽中。现行这两种处理方式均不利于放射性废物的长期处理与处置，不符合IEAE提出的核废物处理和处置最小化原则[2]；另外随着核电站增加和运行，废树脂的体量越来越大，增加了其潜在安全风险。放射性废树脂的安全处理处置已经成为核工业发展亟需解决的关键技术问题之一；同时也是我国核电自主化和“走出去”战略的重要需求。1.2国内外研究现状随着核工业的发展，大量放射性废液需要净化处理，离子交换树脂的使用量将逐步加大，放射性废树脂的贮存和长期处置问题日益凸显，如何安全、经济、有效的处理和处置将成为影响核工业发展的重要因素之一。目前放射性废树脂的处理主要有水泥固化法、干法氧化法、微生物转化法、湿法氧化法等[3-9]。早期树脂固化研究主要采用水泥直接固化方式，主要选用廉价、
和硫酸盐。若采用水泥固化技术再对残留物进行处理，与废树脂直接水泥固化法相比，湿法氧化后再固化技术的减容率是前者的10-15%，有效地遵循了废物最小化的原则。台湾亚炬企业股份有限公司同样也开展了相关研究，研究结果表明树脂的含硫量直接影响了残留物水泥固化体的效果，湿法氧化与降解残液水泥固化技术的废物减容比约3.5。2013年建成一套废树脂湿法氧化和废液水泥固化反应系统（简称WOHEST），其主要技术路线图示于图1.3。该系统每小时可处理废树脂40L，产生的固化体较废树脂直接水泥固化体积减容40%以上[53,65-66]。图1.3WOHEST系统技术路线图1.3研究目的、意义及主要内容1.3.1研究目的芬顿湿法氧化技术降解放射性废树脂已经经历近30年的研究，但仍未开展大规模的工程技术应用，主要存在以下几个问题：1.芬顿湿法降解树脂的降解效率较低（反应条件、自由基浓度）。美国橡树岭国家实验室的废树脂降解时间为9-10小时，台湾为8小时，主要是由于在芬顿反应过程中，羟基自由基的存活时间短，生成速率和浓度较低导致。2.芬顿降解过程中产生大量的气泡（特别是阴离子树脂）。主要是反应过程中产生的二氧化碳和氧气等气体，气泡的产生一方面减小了树脂和试剂的降解效率，另一方面气泡将增加反应容器的压力，导致核素溢出风险。3.芬顿试剂降解后可能导致残液的体量增加。研究发现降解20g左右的树脂需要试剂量一般为200-250mL，产生的废液需要进一步浓缩减容处理。若能有效提高芬顿试剂降解废树脂的降解效率、控制气泡量、注意废液的减容，该
【参考文献】：
期刊论文
[1]响应面法优化D201树脂处理含铁废盐酸溶液的工艺研究[J]. 欧阳杰,谷晋川,温鑫,冉孟家,余乐. 离子交换与吸附. 2018(06)
[2]响应面优化提取小球藻蛋白质及其性质研究[J]. 杨倩,蔡茜茜,郭淋凯,刘智禹,汪少芸. 中国食品学报. 2018(06)
[3]湿法氧化处理放射性废离子交换树脂的方法[J]. 李江博,王烈林,谢华,冯志强,曾阳. 同位素. 2019(01)
[4]湿式氧化法处理放射性废离子交换树脂研究进展[J]. 徐乐瑾,隋增光. 科技导报. 2017(13)
[5]阳离子交换树脂催化水解制备纳米纤维素工艺条件的响应面优化[J]. 金浩,黄广华. 许昌学院学报. 2017(02)
[6]响应面法优化微波辅助ESR-5树脂固定化胰蛋白酶[J]. 刘伟华,李荣,姜子涛. 食品工业科技. 2017(06)
[7]放射性废树脂处理技术工程应用的选择[J]. 严沧生,梁永丰,战仕全. 辐射防护. 2016(04)
[8]硫酸盐侵蚀作用下水泥砂浆损伤试验研究[J]. 刘洪珠,赵铁军,王建,张益杰,代鑫旖. 粉煤灰. 2016(02)
[9]蒸汽重整处理核电厂放射性废树脂的探讨[J]. 李斗,华伟,廖能斌,任力. 广州化工. 2015(15)
[10]放射性废物蒸汽重整处理及矿化技术发展现状及展望[J]. 林力,马兴均,陈先林,李文钰. 科技创新导报. 2015(18)
硕士论文
[1]阴树脂芬顿氧化工艺初步研究[D]. 贾少青.山西大学 2017
[2]放射性废树脂的减容固化及机理研究[D]. 魏晓婷.哈尔滨工业大学 2016
[3]受硫酸盐溶液长期浸泡混凝土耐久性试验研究[D]. 贺瑞春.华北水利水电学院 2008
[4]混凝土孔结构的分形特征研究[D]. 尹红宇.广西大学 2006
本文编号：3522437
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