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【6h】

含铋碳材料对气态放射性碘的捕集及其固化研究

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目录

1 绪论

1.1 引言

1.2 气态放射性碘的来源

1.3 气态放射性碘的捕集

1.3.1 湿法技术

1.3.2 干法技术

1.4 气态放射性碘的固化

1.4.1 加固处理

1.4.2 直接处置

1.4.3 水泥固化

1.4.4 玻璃固化

1.4.5 玻璃陶瓷固化

1.4.6 陶瓷固化

1.5 本论文的选题思路和研究内容

1.6 本论文的技术路线图

1.7 本论文的创新点

2 实验部分

2.1 实验材料

2.2 实验仪器

2.3 材料制备

2.3.1 Bi-Bi2O3-TiO2-C复合材料的制备

2.3.2 Bi2S3-RGO复合材料的制备

2.3.3 Bi2S3-AC复合材料的制备

2.4 碘捕集实验

2.5 碘固化实验

2.6 化学稳定性评价

2.7 材料表征

2.7.1 同步热分析仪

2.7.2 X射线衍射仪

2.7.3 傅立叶变换红外光谱

2.7.4 元素分析仪

2.7.5 激光拉曼光谱仪

2.7.6 比表面和孔隙度分析仪

2.7.7 X射线光电子能谱仪

2.7.8 200kV场发射透射电子显微系统

2.7.9 场发射扫描电子显微系统

2.7.10 全自动维氏硬度计

2.7.11 电感耦合等离子体发射光谱仪

2.7.12 离子色谱仪

2.8 理论计算

3 Bi-Bi2O3-TiO2-C复合材料对气态放射性元素碘的捕集及其

3.1 引言

3.2 结果与讨论

3.2.1 制备工艺优化

3.2.2 富碘机理探讨

3.2.3 固碘机理探讨

3.2.4 化学稳定性评价

3.3 本章小结

4 Bi2S3-RGO复合材料对气态放射性元素碘的捕集及其

4.1 引言

4.2 结果与讨论

4.2.1 晶体结构及微观形貌分析

4.2.2 富碘机理探讨

4.2.3 固碘机理探讨

4.2.4 化学稳定性评价

4.3 本章小结

5 Bi2S3-AC复合材料对气态放射性元素碘的捕集及其

5.1 引言

5.2 结果与讨论

5.2.1 晶体结构及微观形貌分析

5.2.2 富碘机理探讨

5.2.3 固碘机理探讨

5.2.4 化学稳定性评价

5.3 本章小结

6 研究结论与展望

6.1 论文主要结论

6.2 研究工作总结及展望

致谢

参考文献

附录 A 气态放射性元素碘捕集材料汇总表

攻读学位期间取得的研究成果

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摘要

乏燃料在后处理过程中会裂变释放包含3H、14C、129I、85Kr、133Xe等核素的放射性废气,其中,129I因其半衰期长、含量高且毒性大而受到广泛关注。目前,对气态放射性元素碘主要采用固体吸附法处理,其中,附银丝光沸石(AgZ)是最常用的碘吸附材料,也是碘吸附性能的标杆。但是,附银丝光沸石吸附的碘中仍有较大部分以碘分子的形式存在,易解吸迁移,另外,银价格昂贵且有毒,这都在一定程度上限制了AgZ的广泛应用。近年,国内外学者又研究发现铋基材料具有优良的富碘性能。鉴于此,本论文用铋替代银,碳为基材,制备了三种含铋碳材料,同时,探讨相应的富碘机理。另外,我们对富碘后的吸附材料进行了低温玻璃固化处理,同时,探讨相应的固碘机理,评价其稳定性。主要研究成果如下:  (1)Bi-Bi2O3-TiO2-无定形碳(C)复合材料:采用溶胶-凝胶法合成了Bi-Bi2O3-TiO2-C复合材料;当PEG400用量为6mL、烧结温度为300℃和烧结时间为6h时,Bi-Bi2O3-TiO2-C复合材料的富碘性能最佳,吸附容量可达504.0mg/g,主要以BiI3、I2和I-TiO2的形式捕集元素碘,其中,BiI3源自于化学反应  I2归因于物理吸附作用,I-TiO2得益于I2和TiO2间的掺杂反应;碘在固化体中主要以BiIO和Bi5O7I的形式存在,分布均匀,Bi-Zn-B体系玻璃以粘接剂的形式将其固定在固化体中;固化体表现出良好的化学稳定性,在PCT标准下的碘浸出率为2.256×10-6g/m2·day。  (2)Bi2S3-还原的氧化石墨烯(RGO)复合材料:采用水热法合成Bi2S3-RGO复合材料;Bi2S3-RGO复合材料的富碘量为1042.8mg/g,4.0倍于RGO,1.3倍于核级活性炭(AC),主要以BiI3的形式捕集元素碘,其中,BiI3源自于化学反应1/2Bi2S3+3/2I2=BiI3+3/2S;碘在固化体中主要也以BiIO和Bi5O7I的形式存在,分布均匀,Bi-Zn-B体系玻璃以粘接剂的形式将其固定在固化体中;固化体表现出良好的化学稳定性,在PCT标准下的碘浸出率为8.638×10-7g/m2·day。  (3)Bi2S3-AC复合材料:采用水热法合成Bi2S3-AC复合材料;Bi2S3-AC复合材料的富碘量为859.3mg/g,显著高于AC,同时,也高于核级活性炭,主要以BiI3的形式捕集元素碘,其中,BiI3源自于化学反应1/2Bi2S3+3/2I2=BiI3+3/2S;碘在固化体中主要仍以BiIO和Bi5O7I的形式存在,分布均匀,Bi-Zn-B体系玻璃以粘接剂的形式将其固定在固化体中;固化体表现出良好的化学稳定性,在PCT标准下的碘浸出率为1.034×10-6g/m2·day。  (4)Bi2S3-RGO复合材料较Bi-Bi2O3-TiO2-C复合材料和Bi2S3-AC复合材料表现出更佳的富碘性能,另外,相应的固化体也表现出更好的化学稳定性。我们相信无毒、成本低、制备工艺简单的Bi2S3-RGO复合材料在气态放射性元素碘的去除领域具有一定的应用前景。

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