核电厂废液系统离子交换树脂处理技术研究

针对核电厂废液处理系统(WLS)离子交换工艺设计中重点关注的树脂选型和运行参数影响开展非放射性环境下树脂去污能力模拟试验研究。结果表明,在进水Cs~+、Co~(2+)、Sr~(2+)各离子浓度约为10μg/L,床体积流速(Q/V)在10 BV/h或33 BV/h时,对于凝胶型阳树脂或混树脂,其交联度越大对Cs~+的去污因子(DF)越高,对Co~(2+)的DF下降,对Sr~(2+)的DF影响较小;通过增加装填层高的方式,可显著提高树脂对3种离子的去污效果;凝胶型混树脂的串联对DF有一定的改善(特别是高交联度混床串联对Co~(2+)的DF提升明显)。综合考虑高交联度凝胶型树脂对Cs~+的选择性提高、交换容量更大且床体串联对DF的改善最为显著,故工程设计优先推荐选用其进行后续放射性验证试验。     

核电厂离子交换树脂净化能力模拟实验研究

实验选取核电厂废液中典型裂变产物和腐蚀产物离子(Cs+、Sr2+、Co2+)配制水样,针对不同类型树脂、不同树脂层高以及不同床体积流速进行动态交换吸附实验,重点比较了不同条件下核级树脂净化能力(去污因子)的变化。结果表明:树脂层高的增加对去污效果的影响显著,特别是高交联度的树脂,对Cs+、Sr2+、Co2+的去污因子可增加约200%以上;在一定范围内提高床体积流速对树脂的去污效果存在影响,高交联度的树脂流速提高后去污因子有明显上升趋势;在10BV/h(BV=进水流量/树脂装填量)流速下树脂交联度的高低对水样的去污效果影响不明显;在1mg/L水样浓度下,大孔型阳树脂的去污效果较凝胶型阳树脂好;同等条件下,氢/氢氧型混合树脂处理离子态杂质的去污效果较单独的氢型阳树脂好。     

放化分离-液闪测量联合分析核电厂废树脂中的^(55)Fe和^(63)Ni北大核心CSCD

建立了一种核电厂放射性废离子交换树脂中^(55)Fe和^(63)Ni的联合分析方法。将废树脂样品经芬顿氧化消解后,先用氢氧化钠沉淀法沉淀^(55)Fe和^(63)Ni,再用阴离子交换树脂联合丁二酮肟沉淀对杂质离子进行分离纯化,纯化后用液体闪烁计器测量。本方法对废树脂中^(60)Co、^(65)Zn、^(54)Mn等干扰核素的去污因子均大于10^(3)。本方法对^(55)Fe和^(63)Ni的平均化学回收率分别为86%和90%,对废树脂中^(55)Fe和^(63)Ni的检测限分别为5.7 Bq/g、6.8 Bq/g。用加标样品对分析方法进行验证,预期值和测量值的偏差小于±10%。实验测得某核电厂一组一回路实际废树脂样品中^(55)Fe和^(63)Ni的平均活度浓度分别为(76.2±1.4)kBq/g和(120.0±5.1)kBq/g。     

CAP系列核电厂废液处理系统树脂选型研究

针对中国先进压水堆(CAP)系列三代核电厂新型核级树脂的选型设计,选用2种不同交联度(16%与8%)的凝胶型阳离子交换树脂,通过动态模拟试验评估产品性能指标差异可能造成树脂运行方面的影响。结果表明:交联度较高(如16%)的均粒树脂在去污能力、运行寿命、运行压差及经济性等方面更具优势,故CAP系列放射性废液处理系统离子交换工艺设计推荐采用高交联度的树脂。     

核电厂废液处理系统离子交换处理工艺研究

针对CAP1000系列核电厂废液处理系统(WLS)离子交换工艺树脂选型和运行参数设计开展非放射性环境下树脂运行寿命模拟试验研究。本文从树脂内部结构(交联度/粒径)角度进行选型试验,对运行流速、温度、装填层高等工艺参数造成的树脂工作交换容量差异性进行研究,并从整球率、好球率、压碎强度、体积全交换容量、含水量、TOC释放水平等指标评判辐照对树脂物化稳定性的影响。试验结果显示,高交联度均粒树脂在不同运行工况下表现出交换容量和使用寿命的优异性,工艺设计上优选其进行后续放射性验证试验以实现废物最小化。     

核级树脂硼饱和与释放特性研究

针对压水堆核电厂化学和容积控制系统(RCV)净化床使用的核级锂型混床树脂硼饱和与释放特性,即树脂OH-与硼酸根型相互转换关系进行研究,开展了树脂硼饱和与硼浓度的关系、不同流速的影响、饱和树脂硼的淋洗释放和再吸附等模拟试验。结果表明,离子交换树脂的硼饱和是一种动态的平衡,随着系统硼浓度的变化会不断吸附或释放出硼;流速在一定范围内的改变对树脂的硼饱和平衡时间和交换容量无明显的变化。     

二元及三元离子交换平衡的研究——Ⅱ.UO_2~(2+)-Na~+-H~+三元离子交换平衡

本文采用国产强酸性阳离子交换树脂001×7,以动态实验方法测定了UO_2~(2+)-Na~+-H~+三元离子交换的平衡数据,并将UO_2~(2+)-Na~+-H~+三元离子交换体系中,任何两种离子的平衡数据与相应的UO_2~(2+)-H~+、UO_2~(2+)-Na~+及Na~+-H~+纯二元交换体系中的平衡数据作了比较。此外,还利用这三对离子的二元交换平衡数据推算了相应的三元交换的平衡数据。推算结果令人满意。对于多元离子交换反应的热力学也作了初步探讨。     

堆内压水试验回路离子交换树脂柱的分析

反应堆内试验压水回路在运行期间曾发生燃料元件破损,离子交换树脂柱投入净化的600小时之内,回路水的 pH 值能自动控制在9.5—10.5范围,去污因子从45降到6。对树脂柱分七段取样,混合树脂经丙酮-四氯化碳体系分离,分别测定阳、阴树脂的剩余交换容量和可恢复交换容量;测定阳树脂淋洗液中锂、铁和氨,并作光谱分析;测定阴树脂淋洗液中碳酸根、碳酸氢根、硫酸根和氯离子;对裂变产物碘-131和铯-137作放射化学分析。各种测量数据从交换柱顶到柱底呈均一分布,表明离子交换树脂柱已失效。     

高效离子交换树脂

【美国《化学工程》1983年12月26日第51页报道】美国道化学公司已生产出一种粒度均匀的新离子交换树脂,即所谓道韦克斯单球树脂。该公司说,颗粒粒度均匀的树脂能提高混合床(阳离子和阴离子交换树脂的混合床)离子交换设备的有效离子交换容量。这种树脂在价格上可与普通型树脂竞争。离子交换树脂运转一个周期后必须进行     

无机离子交换剂——钛酸钠处理含锕系和裂片核素废水的研究

本文研究了实验室合成的交换剂钛酸钠(ST)对模拟高放废水中锕系和裂片核素交换速度、吸附分配比和交换容量等交换性能,研究了某些阳离子及络合剂和辐照对其交换性能的影响。用ST 柱对实际的总β比活度为1×10~(-6)Ci/1的弱放废水进行的去污实验表明:在180床体积和1180床体积流出液中 Sr 的去污因数分别大于10~(↙)和10~(3);再经天然沸石柱和大孔阴离子交换树脂柱分别对 C_s和 Co 进一步去污,废水的总β比活度降至1×10~(-10)Ci/1,接近排放水平(7×10~(-11)Ci/1)。     

~(171)Tm的中子活化生产和离子交换色层分离

利用西安脉冲堆中央垂直孔道作为中子源,研究了天然氧化铒用于171 Tm生产的可行性,考察了靶样品组成和质量对中子活化生产率的影响;利用离子交换色层法,采用Dowex50×8-400树脂作为分离介质,2-羟基异丁酸作为淋洗剂,研究了辐照产物中171 Tm的分离条件,考察和优化了样品负载量、淋洗液酸度、树脂柱床高度以及温度等条件对分离效果的影响。实验结果显示:靶样品组成和质量对中子活化生产率影响不大,天然氧化铒可用于171 Tm的生产;Er3+负载量、淋洗液酸度、树脂柱床高度以及温度等条件对Yb3+、Tm3+和Er3+分离效果都有较显著的影响;优化的离子交换色层分离条件为:Dowex50×8-400树脂,1.4cm×17.5cm离子交换树脂床,温度25℃以上,0.1mol/L 2-羟基异丁酸为淋洗剂,Er3+负载量25mg,Yb3+、Tm3+淋洗酸度分别为pH=4.00和pH=4.05;优化分离方法可实现Tm3+回收率高于95%,Tm3+中Yb3+和Er3+的去污因子均高于1 000。     

从裂变产物中提取135Cs的研究

为了制备适用于热中子截面测量用的^135Cs,建立了用无机离子交换剂磷酸锆和阴离子交换树脂从裂变产物中分离无载体放化纯^135Cs的方法。研究了在用磷酸锆色层柱分离Cs时,温度对收率的影响。实验结果表明：用磷酸锆色层柱从裂变产物中分离Cs时,Cs的化学回收率为90．0％,对锆、铌、铈、钌等的去污因子为10^2;结合阴离子交换树脂分离,U的去污因子达10^4。分离出的^135Cs为放化纯,可供^135Cs热中子反应截面测量用。     

废水组分对离子交换树脂处理含铀废水的影响

采用静态吸附和动态柱式实验相结合的方法,研究含铀废水中其它组分对201×7强碱性阴离子交换树脂处理含铀废水工艺过程除铀性能的影响。实验结果表明：溶液中存在的常量阴离子、三乙醇胺和机油等不同程度影响树脂的交换效率或降低树脂的工作交换容量。当溶液中c(CO^2－₃)≥0.24mol/L、c(HCO^－₃)≥0.28mol/L、c(SO^2－₃)≥0.23mol/L、c(Cl^－)＞0.09mol/L时,出水铀质量浓度大于20μg/L;树脂可允许通过的最大三乙醇胺浓度不应超过250mg/L;树脂中机油含量大于1%时,树脂的工作交换容量下降16%;树脂中机油含量大于11%时,树脂几乎完全失效。     

核电厂一回路含硼酸水中锂的IER-ICP-OES测量研究

压水堆核电厂一回路采用硼-锂协调曲线控制。在硼酸存在下,采用电感耦合等离子体发射光谱法测量一回路水质的锂,硼酸易结晶,对锂离子浓度测量存在干扰。本文采用变色强碱性阴离子交换树脂-电感耦合等离子体发射光谱在线联用分析系统,利用离子交换树脂的选择性在线去除一回路水质中的硼酸,消除硼酸对锂浓度测量的影响,实现锂浓度的准确分析。结果表明,采用检测波长为610.362 nm和670.784 nm的锂浓度测量的加标回收率分别为98.4%和101.9%,相对标准偏差分别为0.97%和0.42%(n=6)。所用系统具有结构简单、成本低、操作方便等优点,能有效避免雾化系统的硼酸结晶问题,消除硼酸对锂浓度测量的影响。     

超声波+四价铈去污技术研究

针对核设施退役过程中产生的不锈钢废物,开展了超声波+四价铈去污技术研究。利用失重法,设计正交实验,研究了硝酸浓度、硝酸铈铵浓度、温度和超声时间对不锈钢的平均腐蚀速率及去污因子的影响。条件实验结果表明:温度、硝酸铈铵浓度为主要影响因素;当硝酸铈铵的浓度为0.15 mol/L,温度为85 ℃,硝酸浓度为0.1 mol/L时,不锈钢的平均腐蚀速率最高,达到8.07 μm/h,引入超声波后将极大提高四价铈去污技术的效率。扫描电镜观测结果表明: 去污后的不锈钢表面大部分区域出现了很多蚀孔,表明空化效应强化Ce(IV)去污技术具有强烈的空蚀作用;对乏燃料冷却套管开展了验证去污实验,去污因子达到158.8。     

熔炼去污钢铁中微量铀的测定方法研究

熔炼去污后钢铁样品溶解后经抗坏血酸还原,用阴离子交换树脂分离杂质并吸附其中的铀,然后用硝酸溶液解吸铀,解吸液中的铀含量使用微量铀分析仪进行准确测定。该方法能够有效消除微量铀分析仪测定低浓度铀时干扰离子的影响,并且能够准确测定熔炼去污后钢铁样品中的微量铀含量。实验结果表明,离子交换法和微量铀分析仪测定钢铁中微量铀方法的平均回收率为94.1%,对熔炼去污钢铁中铀的检出限为0.2μg/g。     

超低压反渗透工艺处理模拟放射性含钴废水

核电厂运行、维护和退役产生的放射性废水对社会环境和生命健康安全有严重危害。采用中试装置(144 L/h)研究了超低压反渗透(ULPRO)工艺对模拟放射性废水中目标核素钴(Co)的去除效果,确定了操作压力、回收率、进水浓度、共存离子及天然有机污染物对其影响规律。结果表明,Co去除率与操作压力正相关、与回收率负相关,随进水浓度增大而后恒定在99.5%,10 mg/L为其变化的临界浓度;共存离子仅Ca²⁺会抑制Co的去除,其他离子的促进作用强弱排序为Na⁺>Mg²⁺,SO₄^2->Cl^->NO₃^-;有机物污染造成膜通量下降9.4%,但Co去除率增大至99.97%。实验验证了ULPRO工艺处理模拟放射性含Co废水运行效果稳定、去除率高,可为工业应用提供指导。     

微波消解-原子吸收法应用于核级树脂锂型转型率的分析研究

常规核级离子交换树脂锂型转型率的测量采用将离子交换树脂中的锂用酸淋洗后测量锂浓度,再计算锂型转型率,存在分析时间长、分析结果偏低等不足。本文采用微波消解-原子吸收法测量核级离子交换树脂的锂型转型率,利用微波消解实现树脂的完全消解,利用原子吸收仪测量锂浓度,结合氢型树脂湿基工作交换容量计算离子交换树脂的锂型转型率,实现离子交换树脂锂型转型率的准确测量。分析结果表明,锂浓度加标回收率为99%,相对标准偏差为0.97%（n=7）,锂型转型率达99.20%。方法具有离子交换树脂使用量少、分析结果准确等优点,可用于核级离子交换树脂锂型转型率的测量。      

钴/锰印迹半胱氨酸-壳聚糖对低浓度Mn~(2+)和Co~(2+)的选择性吸附

同时以硝酸锰和硝酸钴为印迹分子,采用溶胶凝胶法和反相悬浮法结合制备了交联壳聚糖微球(Co/Mn-CCTS),并通过与半胱氨酸的氨基官能团接枝合成了钴/锰双印迹半胱氨酸-壳聚糖树脂(CysCo/Mn-CCTS)。采用傅里叶红外光谱、扫描电镜对其结构进行了表征,并进行了干扰离子存在下低浓度Co2+和Mn2+静态、动态以及竞争吸附实验。静态实验结果表明,双印迹半胱氨酸-壳聚糖树脂较非印迹树脂的吸附性能有较大提高;干扰离子存在下,树脂对Co2+、Mn2+二元混合溶液中Co2+的吸附性能优于Mn2+,且对Co2+的吸附容量超过Mn2+的16倍。溶液的pH值、温度、吸附时间、干扰离子以及金属离子初始浓度均对树脂的吸附性能有较大影响,树脂对Co2+、Mn2+的吸附过程符合Lagergren准二级动力学和Langmuir模型。动态吸附实验表明,树脂对Co2+、Mn2+的吸附符合Thomas模型,对二者的穿透体积分别为308BV与506BV。     

西安脉冲堆水净化系统混床废树脂的性能变化

测定了西安脉冲堆净化系统混床废阴、阳离子交换树脂的理化性能参数,分析了废阴、阳离子交换树脂发生的性能变化,并考察了不同影响因素对树脂性能变化的贡献。根据废树脂中的杂质分布情况,分析了西安脉冲堆一回路水受到的外来污染情况、反应堆结构材料的腐蚀情况。分析结果显示,混床废阴树脂已基本丧失交换能力,而废阳树脂的剩余交换能力仍较高。反应堆运行产生的辐射效应引起的树脂性能变化较小。废阴树脂交换能力的丧失归因于其交换了大量的杂质离子碳酸根和一定量的有机物。废阴树脂中其它阴离子含量很低,废阳树脂中杂质金属元素含量也很低,说明西安脉冲反应堆堆池水并未受到明显的外来污染。反应堆水池内结构材料存在一定的腐蚀。所得结果为此类反应堆净化系统的安全运行提供了重要的参考数据。