一种用于高温碘捕获的耐热Bi/Mg氧化物及其制备方法和用途

本发明属于吸附材料制备，具体涉及一种用于高温碘捕获的耐热bi/mg氧化物及其制备方法和用途。

背景技术：

1、核燃料后处理厂释放出大量挥发性放射性碘，其中包括各种同位素，如129i、131i、132i和133i。这些同位素具有不同的衰变速率，如131i半衰期为8.04天，129i半衰期为1.57×107年，暴露于人类生活环境之后，会给人类健康造成严重的破坏，并产生直接或长期的影响。鉴于清洁核能生产所需的铀资源需求增加，核工厂选择回收乏核燃料以获得铀-235资源。核反应堆事故也是核工业面临的另一个挑战。核燃料回收和核事故均会在高温下释放放射性核素。这些放射性核素，特别是碘同位素，必须在它们与空气相互作用之前被捕获，以减少污染。于高温条件下捕获挥发性碘的方法之一是使用热稳定的吸附剂。多孔无机物家族中的几种材料已被用于放射性碘捕获，如：b.azambre，m.chebbi，o.leroy，l.cantrel，沸石参数和辐照对暴露于分子碘的银沸石保留性能的影响，ind.eng.chem.res.57(2018)1468–1479.https://doi.org/10.1021/acs.iecr.7b03579；y.nan，l.l.tavlarides，d.w.depaoli，碘对氢还原银交换丝光盐的吸附：实验和建模，美国化学工程研究所63(2016)1024–1035.https://doi.org/10.1002/aic。然而，当在高温下进行吸附时，这些材料中的许多具有较低的热稳定性。虽然多孔无机材料通常表现出比多孔有机物更低的碘捕获性能，但金属氧化物具有许多有利的性能，可用于开发热稳定的吸附剂，具有高碘捕获能力和成本效益。尽管金属氧化物在碘捕获方面具有这些优点，但在高于碘沸点(180℃)的温度下，令人信服的金属氧化物用于碘捕获仍需要改进。因此，亟待寻找改性的方法，以创建具有不同价(二价和三价)的金属离子的混合金属氧化物的改进结构，这些金属氧化物可以在高温下保持稳定，同时在其沸腾状态下捕获大量碘，而不会显着改变吸附剂。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的是提供一种耐热bi/mg氧化物及制备方法。用所述方法制备的bi/mg混合氧化物具有出色的高热稳定性，因此可以在高于碘沸点(184℃)的温度下捕获碘，从而解决了现有技术中热稳定性低的问题。

2、本发明的第二目的是提供上述材料在高温下捕获碘的实际应用。本发明解决了100～200℃高温碘捕获能力低的问题，解决了现有技术在80～100℃高温下捕获碘易解吸的问题。

3、本发明的目的通过以下技术方案实现：

4、一种耐热bi/mg氧化物的制备方法，包括以下步骤：

5、将铋盐和镁盐溶于水中混合均匀得到混合液a；在搅拌下，将柠檬酸加入所述混合液a中，加入乙二醇，混合均匀得到混合液b；将混合液b于70～80℃

6、下搅拌预热，而后于120～140℃下进行水热反应；将反应得到的产物离心、去离子水洗涤、干燥，煅烧后即得bi/mg氧化物。

7、优选的，定义x＝[bi3+]/[mg2+]，所述混合液a中：0.5≤x≤2。

8、进一步优选的，x＝0.5。

9、优选的，所述镁盐为水溶性镁盐，为mg(no3)2·6h2o或mgcl2·6h2o；所述铋盐为水溶性铋盐，为bi(no3)3·5h2o或bicl3·5h2o。

10、所述柠檬酸在上述反应中为还原剂。

11、优选的，所述铋盐和镁盐的总摩尔量与柠檬酸的摩尔量之比为1:2。

12、优选的，柠檬酸加入10分钟后再加入乙二醇。

13、所述乙二醇为交联剂。优选的，混合液a与乙二醇体积比为(20～30):1。

14、优选的，在加入乙二醇后，超声处理10～30分钟，以保证混合均匀。

15、超声处理后，优选将混合物b置于70～80℃的油浴中预热20～30分钟，而后于120℃～140℃进行水热反应处理。

16、优选的，所述水热反应时间为7～10h。

17、离心洗涤后，所述干燥优选为于60～80℃干燥24～48小时。

18、优选的，于300～550℃下煅烧1-2小时，得到bi/mg氧化物。

19、进一步优选的，于500℃煅烧，得到bi/mg氧化物。

20、进一步优选的，所述煅烧，由室温升温至煅烧温度的升温速率为5～10℃/min。

21、本发明还提供通过上述方法制备的bi/mg氧化物。

22、本发明还提供通过上述方法制备的bi/mg氧化物在高温碘捕获中的应用。

23、优选的，bi/mg氧化物与碘的质量比为(0.3-0.5):(3-6)。

24、优选的，吸附温度为184℃～200℃，碘捕获时间为1h～26h。吸附温度满足核燃料后处理厂的温度条件以及核反应堆泄漏时可以满足的温度条件。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、本发明制备的混合金属氧化物提高了高温(600～800℃)下的热稳定性，这种耐热性能使所述bi/mg氧化物材料在200℃下10h后具有367.72-528.87mg/g的高碘捕获性能，在200℃下26h后碘捕获能力达到584.8mg/g。

技术特征：

1.一种用于高温碘捕获的耐热bi/mg氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于高温碘捕获的耐热bi/mg氧化物的制备方法，其特征在于，定义x＝[bi3+]/[mg2+]，所述混合液a中：0.5≤x≤2；优选的，所述x＝0.5。

3.根据权利要求1所述的一种用于高温碘捕获的耐热bi/mg氧化物的制备方法，其特征在于，所述镁盐为水溶性镁盐，为mg(no3)2·6h2o或mgcl2·6h2o；所述铋盐为水溶性铋盐，为bi(no3)3·5h2o或bicl3·5h2o。

4.根据权利要求1所述的一种用于高温碘捕获的耐热bi/mg氧化物的制备方法，其特征在于，所述铋盐和镁盐的总摩尔量与柠檬酸的摩尔量之比为1:2。

5.根据权利要求1所述的一种用于高温碘捕获的耐热bi/mg氧化物的制备方法，其特征在于，柠檬酸加入10分钟后再加入乙二醇；优选的，所述混合液a与乙二醇体积比为(20～30):1；优选的，在加入乙二醇后，超声处理10～30分钟。

6.根据权利要求1所述的一种用于高温碘捕获的耐热bi/mg氧化物的制备方法，其特征在于，将混合物b置于70～80℃的油浴中预热20～30分钟，而后于120℃～140℃进行水热反应；优选的，所述水热反应时间为7～10h。

7.根据权利要求1所述的一种用于高温碘捕获的耐热bi/mg氧化物的制备方法，其特征在于，所述干燥优选为于60～80℃干燥24～48小时。

8.根据权利要求1所述的一种耐热bi/mg氧化物的制备方法，其特征在于，所述煅烧为于300～550℃下煅烧1-2小时；优选的，所述煅烧在500℃进行；优选的，所述煅烧，由室温升温至煅烧温度的升温速率为5～10℃/min。

9.如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的bi/mg氧化物。

10.如权利要求9所述的bi/mg氧化物在高温碘捕获中的应用。

技术总结
本发明属于吸附材料制备技术领域，具体涉及一种用于高温碘捕获的耐热Bi/Mg氧化物及其制备方法和用途。所述制备方法包括以下步骤：将铋盐和镁盐溶于水中混合均匀得到混合液A；在搅拌下，将柠檬酸加入所述混合液A中，加入乙二醇，得到均匀的混合液B；将混合液B于70～80℃下搅拌预热，而后于120～140℃下进行水热反应；将反应得到的产物离心、去离子水洗涤、干燥，煅烧后即得Bi/Mg氧化物。所得Bi/Mg氧化物提高了高温(600～800℃)下的热稳定性，这种耐热性能使所述Bi/Mg氧化物材料在200℃下10h后具有367.72‑528.87mg/g的高碘捕获性能，在200℃下26h后碘捕获能力达到584.8mg/g。

技术研发人员：张东翔,沐海,张子磊,李大刚,谭昊存,张凤麒,檀润超,后金正,徐熙焱
受保护的技术使用者：深圳北理莫斯科大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23