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基于纳米稀土改性技术的放射性废液高效处理核心材料

更新时间:2020-10-13 14:59:32

随着传统能源资源(煤炭、石油等)濒临枯竭,核能已逐渐成为人类选择的重要能源。我国根据国民经济发展对能源的紧迫需求,已将核能开发战略由“适度发展”调整为“积极发展”。 我国运行核电机组共47台,装机容量为48751.16MWe(额定装机容量),位居全球第三,中国在建核电机组11台,居世界第一。按照我国核电中长期发展规划目标,2020年我国大陆运行核电装机容量将达到5800万千瓦,围绕核电站运营维护而产生的“核三废”也将日益增加。以反应堆中燃烧后的乏燃料为例,若按每年卸出20吨乏燃料测算,至2020年,我国每年产生的乏燃料将超过1000吨,乏燃料累计总量约1万吨,而到2025年累计将达1.6万余吨。而这个数字将随着时间的推移而激增。这会直接导致乏燃料后处理需求暴涨,从2020年开始,每年处理需求>150亿元。核废物的处理就像是排泄系统,若排泄系统出了问题,生物体也会死去,妥善处理处置核废物成了迫在眉睫的难题。
近年来,针对放射性废物处理处置的研究不胜枚举,以“核三废”中最普遍的放射性废液处理为例,处理方法便有“共沉淀”、“直接固化”、“萃取”和“吸附”等,“共沉淀”和“萃取”的缺点是会引入二次废物,增加处理步骤,增大处理难度,而直接固化则完全有悖于“废物最小化”原则,综合考量“吸附”法为最佳方案。吸附吸附法具有吸附容量大、选择性好、工艺简单、产生的二次污染小等优点,近年来针对不同吸附材料的研究层出不穷,活性炭、粘土、聚合物和纳米颗粒等材料都可作为吸附剂,经过多年的经验,项目组成员判定在特定的情况下选择合适的吸附材料甚至多种材料联用才是解决放射性废液减容净化的最佳方案。
本部分成果发表于ACS Applied Materials & Interfaces, Journal of Hazardous Materials,Applied Surface Science等SCI期刊。申请国际、国内和省部级项目11项。
2018年,《中华人民共和国国家环境保护标准》发布,2019年,《中国核安全白皮书》发布,对环境保护、污染物排放和监管提出了新的更为严格的要求,“核三废”作为核工业的主要排放物首当其冲,以中核集团和中广核集团为首的涉核企业纷纷开始成立“核环保公司”,将目光瞄准了核环保行业。项目基于多年的理论研究基础,根据《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》和《核安全与放射性污染防治十三五规划及2025远景目标》的指示精神,坚定了了产业化的信心,以实业报国为初心,通过产学研合作创新的方式,迅速推进实验室研究成果的产业化进程,并成立了四川省长晏科技有限公司。以废液中锕系核素的处理处置为研究对象,有针对性的开发了纳米稀土改性材料,具有以下优点:(1)吸附容量大(2)吸附速率快(3)选择性好(4)材料环保(5)核素与材料双回收(6)物理稳定好(7)适用范围广。
 “核三废”处理处置属于门槛极高的行业,本公司经过不懈努力,与中国工程物理研究院核物理与化学研究所和材料研究所达成合作,并先后与中核集团旗下中核四川环保工程责任有限公司、中国核工业总公司第四零四厂、中核北方核燃料元件有限公司以及西北核技术研究所接洽,得到了能在实际产线上测试材料性能的机会。最终自主研发出能符合实际工程应用的吸附材料,解决了此前一直搁置的难题。
《核安全与放射性污染防治十三五规划及2025年远景目标》的发布对放射性废物处理提出了新要求,而目前现有的废物处理工艺、材料无法满足新的要求,本项目针对此难点,潜心研究放射性废物处理处置多年,拥有的成果应用范围如下:
(1)极强酸中铀核素的回收利用。针对一种极强酸废液,在保证高吸附率和大吸附容量的前提下,设计出了耐酸且具有重复使用性的新材料。此材料尺寸合格、性能优秀、货源稳定且成本较之前的材料更低,满足需求方要求的同时,打破了国外的垄断,实现了此领域吸附材料的国产化。
(2)有机相中铀核素的回收利用。针对一种含有有机溶剂的放射性废液,设计出耐有机溶剂的高效吸附材料,解决了“有机物中毒的现象”。
(3)受放射性污染土壤中钚核素的回收利用。针对放射性污染土壤的处理,给西北核技术研究所稳定提供高效的吸附材料,国际上首次对受放射性污染土壤进行净化处理,并回收利用土壤中有用的放射性核素。
(4)放射性废液中钚核素与镅核素的分离。针对废液中钚核素与镅核素的分离材料,在国际上首次完成了分离材料的量产和实际应用。