多孔吡啶基树脂吸附分离锝及其辐照稳定性研究

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99Tc是反应堆裂变产生的具有较高裂变产额(6.12%)的一种长寿命(半衰期为2.13×105a)裂变产物之一。由于其在环境中具有很强的迁移性,从而造成长期潜在放射性危害。因此为了避免99Tc对人类环境造成危害,对其采取分离是非常有必要的。本文通过悬浮聚合和季铵化过程分别合成多孔弱碱性吡啶基阴离子交换树脂(4VP-DVB)和强碱性吡啶基阴离子交换树脂(4VP-DVBQ)。由于铼与锝处于同一族具有相似的化学性质,因此首先用铼模拟锝考察树脂吸附性能。通过静态吸附实验考察了硝酸浓度对树脂吸附的影响,以及吸附热力学和吸附动力学,结果表明4VP-DVB树脂在0.1 mol/L HNO3中30 min可以达到吸附平衡并且吸附容量高达352.1mg/g,同等条件下4VP-DVBQ树脂的吸附量为297.6 mg/g。动态吸附实验表明4VP-DVB树脂经过四次反复吸附解吸其再生率仍然有92%以上,1 mol/L的氨水对铼的解吸率可达到95%以上,浓缩比在10倍以上。通过利用模拟核素铼进行冷实验,在明确了树脂类型--吸附、解吸条件--吸附、解吸效果对应关系的基础上,利用上述吸附铼的最佳实验条件开展了树脂对99Tc吸附热实验研究。着重考察了酸度对吸附效率的影响以及吸附动力学,实验结果与树脂对铼的吸附吻合,说明用铼模拟锝的可行性。此外,进一步动态柱分离实验表明,4VP-DVB树脂能很好的实现铀锝分离。离子交换树脂在进行放射性废液分离过程中会受到辐照并发生分解。而辐解产物与树脂自身的结构、辐照类型和所处的介质环境有关。本文选取4VP-DVB和4VP-DVBQ两种树脂,重点考察不同吸收剂量下它们在空气,水,盐酸和硝酸中的γ辐照稳定性。对于辐解气相产物,重点考察了氢气,二氧化碳,一氧化碳和甲烷生成量与吸收剂量和辐照条件的关系,对于辐解液相产物,主要考察了总有机碳(TOC)和NH4+生成量与辐照因素的对应关系。进一步评价了辐照后树脂对Tc的吸附性能。结果表明4VP-DVB树脂在盐酸中辐照稳定性高,而4VP-DVBQ树脂在硝酸中的辐照稳定性高。通过吸附性能和辐照稳定性的研究为两种类型树脂为实际应用做了实验准备。
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