本發(fā)明涉及放射性核素污染土壤修復(fù)與治理，尤其涉及一種碳酸鹽淋洗劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著放射性元素的加工、使用不斷頻繁，含鈾礦物對(duì)環(huán)境造成的污染問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。由于鈾礦冶產(chǎn)業(yè)的防護(hù)不足，部分含鈾礦物粉末在運(yùn)輸、生產(chǎn)過(guò)程中沉降到周邊的土壤環(huán)境中，造成不同程度的土壤鈾污染。鈾對(duì)于生物體不僅具有放射性損傷，同時(shí)還具有重金屬化學(xué)毒性，在環(huán)境中被動(dòng)植物體吸收，并隨食物鏈進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，有可能影響生物體生長(zhǎng)發(fā)育，造成遺傳物質(zhì)損傷。

2、目前，由于部分退役鈾礦田存在的土壤鈾污染問(wèn)題日益突出，開(kāi)展放射性核素鈾污染土壤的修復(fù)及治理技術(shù)研究十分緊迫與必要，對(duì)我國(guó)鈾礦山的生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)具有重要意義。化學(xué)淋洗技術(shù)由于其操作簡(jiǎn)便、適用范圍廣、可工程應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究。但現(xiàn)有技術(shù)由于使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿作為淋洗劑，對(duì)土壤的成分和結(jié)構(gòu)影響較大，不利于土壤的環(huán)境生態(tài)恢復(fù)。

3、因此，積極研發(fā)制備綠色溫和、高效清潔、不破壞土壤成分結(jié)構(gòu)的新型鈾污染土壤淋洗劑，對(duì)于核電產(chǎn)業(yè)的安全發(fā)展以及放射性污染環(huán)境的防護(hù)整治具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種碳酸鹽淋洗劑及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明所提供的碳酸鹽淋洗劑對(duì)土壤中鈾的去除率高、且溫和環(huán)保，不破壞土壤結(jié)構(gòu)恢復(fù)其使用功能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種碳酸鹽淋洗劑，包括以下組分：碳酸鹽、碳酸氫鹽、氧化劑、低共熔溶劑、陰離子表面活性劑；所述氧化劑包括亞氯酸鈉和過(guò)氧化氫；所述低共熔溶劑包括氯化膽堿和尿素；所述碳酸鹽、碳酸氫鹽和過(guò)氧化氫的摩爾比為碳酸鹽：碳酸氫鹽：過(guò)氧化氫＝(0.05-0.25)：(0.25-1)：(3-5)；所述低共熔溶劑中氯化膽堿和尿素的摩爾比為(0.8-1.2)：(0.8-1.2)。

4、本發(fā)明采用碳酸鹽、碳酸氫鹽和氧化劑組合淋洗去除土壤中的鈾：碳酸鹽作為一種較溫和的淋洗劑在淋洗過(guò)程中可以較好的保護(hù)土壤結(jié)構(gòu)，鈾酰離子與體系中的碳酸根能夠形成可溶態(tài)絡(luò)合物，從土壤顆粒中去除；過(guò)氧化氫的加入則促進(jìn)土壤中不溶態(tài)的四價(jià)鈾氧化為可溶的六價(jià)鈾而從土壤中溶出，且相比于高錳酸鉀、重鉻酸鉀等氧化劑，過(guò)氧化氫的使用在保證氧化效果的同時(shí)避免了對(duì)土壤的二次污染。

5、本發(fā)明特定的碳酸鹽、碳酸氫鹽和氧化劑的配比能夠顯著提升淋洗劑對(duì)土壤中鈾的溶出和去除效果。當(dāng)三者配比在該范圍之外時(shí)，可能導(dǎo)致淋洗劑在使用時(shí)對(duì)土壤中鈾的去除率顯著下降。

6、本發(fā)明還采用了由氯化膽堿和尿素構(gòu)成的低共熔溶劑，其作為強(qiáng)電子供體極易與鈾酰離子配位，減少已經(jīng)進(jìn)入到溶液中的鈾再吸附回土壤表面的頻率。同時(shí)，陰離子表面活性劑的加入則降低了土壤顆粒表面張力，促進(jìn)土壤解離和鈾酰離子的溶出，進(jìn)一步提高去除效率。上述特定的低共熔溶劑體系及配比能夠顯著提升淋洗劑對(duì)土壤中鈾的去除率、顯著改善淋洗劑對(duì)土壤的修復(fù)效果；改變體系配比，可能導(dǎo)致對(duì)鈾的去除效果顯著變差。

7、本發(fā)明所提供的上述淋洗劑體系，成分綠色溫和、且具有緩沖體系，在淋洗過(guò)程中可以減少對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的破壞、更有利于恢復(fù)土壤的使用功能；且在土壤中鈾的初始濃度為735.17mg/kg時(shí)，對(duì)土壤中鈾的去除率均可以達(dá)到85％以上，在重度鈾污染土壤的恢復(fù)中有極高的應(yīng)用潛力。

8、優(yōu)選地，所述亞氯酸鈉與過(guò)氧化氫的摩爾比為0.3：(3-5)。

9、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述碳酸鹽、碳酸氫鹽和過(guò)氧化氫的摩爾比為碳酸鹽：碳酸氫鹽：過(guò)氧化氫＝0.1：0.5：4。

10、優(yōu)選地，所述氯化膽堿和尿素的摩爾比為1：1。

11、上述的組分配比下的碳酸鹽淋洗劑體系可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的土壤中鈾的去除效果，對(duì)土壤中鈾的去除率均可以達(dá)到93％以上。

12、優(yōu)選地，所述碳酸鹽為碳酸鉀，所述碳酸氫鹽為碳酸氫鉀。

13、使用碳酸鉀和碳酸氫鉀的淋洗體系，其中鉀離子的存在可以促進(jìn)土壤顆粒內(nèi)部鈾酰離子的遷移，更好地溶出土壤中的鈾。

14、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述碳酸鉀與所述低共熔溶劑的質(zhì)量比為(0.691-3.456)：(2-6)。作為優(yōu)選方案，所述碳酸鉀與所述低共熔溶劑的質(zhì)量比為(0.691-3.456)：4。

15、優(yōu)選地，所述陰離子表面活性劑包括十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基硫酸鈉。

16、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述碳酸鹽、十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基硫酸鈉的摩爾比為碳酸鹽：十二烷基苯磺酸鈉：十二烷基硫酸鈉＝(5-25)：(0.44-0.47)：(0.47-0.50)。

17、上述用量范圍內(nèi)的低共熔溶劑和陰離子表面活性劑共同組合作用，能夠顯著提升本發(fā)明碳酸鹽淋洗劑對(duì)土壤中鈾的去除效果。

18、第二方面，本發(fā)明提供了上述碳酸鹽淋洗劑的制備方法，包括以下步驟：

19、(1)將碳酸鹽和碳酸氫鹽溶于水，然后加入氧化劑混勻，得到溶液a；

20、(2)將低共熔溶劑和陰離子表面活性劑加入所述溶液a中溶解混勻，得到所述碳酸鹽淋洗劑。

21、優(yōu)選地，所述低共熔溶劑的制備方法如下：將氯化膽堿和尿素在沸水浴中熔融并混勻，然后冷卻干燥，得到所述低共熔溶劑。

22、優(yōu)選地，所述溶解混勻的方式包括超聲和攪拌；所述攪拌的轉(zhuǎn)速為200-800r/min。

23、第三方面，本發(fā)明提供了上述碳酸鹽淋洗劑在鈾污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用。

24、作為優(yōu)選方案，所述應(yīng)用包括以下步驟：

25、將淋洗劑加入經(jīng)研磨篩分后的鈾污染土壤中，土壤和淋洗劑加入比例為1t：1-3m3；在室溫下進(jìn)行淋洗處理，然后混合、攪拌、泥水分離，完成所述鈾污染土壤修復(fù)。

26、當(dāng)上述采用本發(fā)明所提供的碳酸鹽淋洗劑，濃度約為0.005-0.025mol/l碳酸鉀時(shí)，淋洗處理8h左右即可達(dá)到最高的鈾去除率。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

28、本發(fā)明基于已有研究的污染土壤化學(xué)淋洗技術(shù)理念進(jìn)行創(chuàng)新，通過(guò)對(duì)碳酸鹽、氧化劑、增溶劑等進(jìn)行配比篩選獲得一種碳酸鹽淋洗劑，該制劑避免了使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿(如硝酸、氫氧化鈉等)的使用對(duì)土壤結(jié)構(gòu)造成的破壞，同時(shí)對(duì)土壤中鈾能有效去除。該碳酸鹽劑對(duì)于污染土壤中的鈾最大去除率達(dá)到93.02％。

技術(shù)特征：

1.一種碳酸鹽淋洗劑，其特征在于，包括以下組分：碳酸鹽、碳酸氫鹽、氧化劑、低共熔溶劑、陰離子表面活性劑；所述氧化劑包括亞氯酸鈉和過(guò)氧化氫；所述低共熔溶劑包括氯化膽堿和尿素；所述碳酸鹽、碳酸氫鹽和過(guò)氧化氫的摩爾比為碳酸鹽：碳酸氫鹽：過(guò)氧化氫＝(0.05-0.25)：(0.25-1)：(3-5)；所述低共熔溶劑中氯化膽堿和尿素的摩爾比為(0.8-1.2)：(0.8-1.2)。

2.如權(quán)利要求1所述的碳酸鹽淋洗劑，其特征在于，所述亞氯酸鈉與過(guò)氧化氫的摩爾比為0.3：(3-5)。

3.如權(quán)利要求1所述的碳酸鹽淋洗劑，其特征在于，所述氯化膽堿和尿素的摩爾比為1：1。

4.如權(quán)利要求1所述的碳酸鹽淋洗劑，其特征在于，所述碳酸鹽為碳酸鉀，所述碳酸氫鹽為碳酸氫鉀。

5.如權(quán)利要求4述的碳酸鹽淋洗劑，其特征在于，所述碳酸鉀與所述低共熔溶劑的質(zhì)量比為(0.691-3.456)：(2-6)。

6.如權(quán)利要求1所述的碳酸鹽淋洗劑，其特征在于，所述陰離子表面活性劑包括十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基硫酸鈉。

7.如權(quán)利要求6所述的碳酸鹽淋洗劑，其特征在于，所述碳酸鹽、十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基硫酸鈉的摩爾比為碳酸鹽：十二烷基苯磺酸鈉：十二烷基硫酸鈉＝(5-25)：(0.44-0.47)：(0.47-0.50)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述碳酸鹽淋洗劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.如權(quán)利要求8所述碳酸鹽淋洗劑的制備方法，其特征在于，所述低共熔溶劑的制備方法如下：將氯化膽堿和尿素在沸水浴中熔融并混勻，然后冷卻干燥，得到所述低共熔溶劑。

10.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述碳酸鹽淋洗劑在鈾污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種碳酸鹽淋洗劑及其制備方法與應(yīng)用，屬于放射性核素污染土壤修復(fù)與治理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所提供的碳酸鹽淋洗劑，包括碳酸鹽、碳酸氫鹽、氧化劑、低共熔溶劑和陰離子表面活性劑；氧化劑包括亞氯酸鈉和過(guò)氧化氫；低共熔溶劑包括氯化膽堿和尿素；碳酸鹽、碳酸氫鹽和過(guò)氧化氫的摩爾比為(0.005?0.025)：(0.025?0.1)：(0.3?0.5)；所述低共熔溶劑中氯化膽堿和尿素的摩爾比為(0.8?1.2)：(0.8?1.2)。本發(fā)明制得的淋洗劑綠色溫和、通過(guò)調(diào)控適宜的組分配比顯著提升了對(duì)土壤中鈾的去除率，對(duì)核電產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展及放射性污染環(huán)境的防護(hù)整治具有重要意義。

技術(shù)研發(fā)人員：豆俊峰,韓峻丞,劉馨瑤,邵可欣,楊昊天,許光明,丁愛(ài)中
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19