本發(fā)明涉及對(duì)中低水平放射性廢物包裝容器進(jìn)行石墨烯涂層處理，提高包裝容器耐腐蝕性能的技術(shù)。

背景技術(shù)：

中、低放廢物主要來自于反應(yīng)堆運(yùn)行和核技術(shù)利用，其安全處置是當(dāng)前核能發(fā)展和核技術(shù)利用面臨的突出問題之一，也是放射性廢物管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。當(dāng)前我國有3個(gè)低中放廢物處置場(chǎng)在運(yùn)行，但是處置進(jìn)度緩慢。低中放廢物處置的概念設(shè)計(jì)一般為如下所述：先將中低放廢物進(jìn)行水泥固化或固定并將其嚴(yán)格密封在特殊容器里(即包裝容器，一般為不銹鋼桶)，再將裝有廢物的容器進(jìn)行近地表處置(小于50米)，廢物桶周圍用回填材料進(jìn)行回填。在這種處置系統(tǒng)中，廢物體本身是第一道屏障，金屬容器(廢物桶)是第二道屏障，緩沖/回填材料是第三道屏障，而處置介質(zhì)(圍巖)和周圍的地質(zhì)環(huán)境是第四道屏障。工程屏障和天然屏障共同組成了包容放射性核素的多重屏障的隔離體系?！吨腥A人民共和國放射性污染防治法》已明確規(guī)定，我國低中放廢物實(shí)施區(qū)域近地表處置。

放射性廢物包裝容器是第二道工程屏障，在現(xiàn)有的安全評(píng)價(jià)模式中，廢物固化體和包裝容器要保證至少300年的壽命。當(dāng)前的包裝容器材料設(shè)計(jì)主要為400L的306不銹鋼桶，鋼桶內(nèi)外表面涂覆漆保護(hù)層，由于包裝容器和漆保護(hù)層不耐腐蝕和輻照，因此在現(xiàn)有的評(píng)價(jià)模式中基本不考慮包裝容器的壽命。

石墨烯是由碳原子以sp²雜化連接的單原子層構(gòu)成的，其基本結(jié)構(gòu)單元為有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)，其理論厚度僅為0.35nm，是目前所發(fā)現(xiàn)的最薄的二維材料。石墨烯是構(gòu)成其它石墨材料的基本單元，可以翹曲變成零維的富勒烯,卷曲形成一維的碳納米管或者堆垛成三維的石墨(見圖1)。這種特殊結(jié)構(gòu)蘊(yùn)含了豐富而奇特的物理現(xiàn)象，使石墨烯表現(xiàn)出許多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，如石墨烯的強(qiáng)度是已測(cè)試材料中最高的，達(dá)130GPa，是鋼的100多倍；其載流子遷移率達(dá)1.5×10⁴cm²·V^-1·s^-1，是目前已知的具有最高遷移率的銻化銦材料的2倍，超過商用硅片遷移率的10倍，在特定條件下(如低溫驟冷等)，其遷移率甚至可高達(dá)2.5×10⁵cm²·V^-1·s^-1；石墨烯的熱導(dǎo)率可達(dá)5×10³W·m^-1·K^-1，是金剛石的3倍；石墨烯還具有超強(qiáng)的耐腐蝕性能、室溫量子霍爾效應(yīng)(Hall effect)及室溫鐵磁性等特殊性質(zhì)。

綜上分析，目前中低放廢物近地表處置所采用的概念設(shè)計(jì)和安全評(píng)價(jià)模式中，由于包裝容器自身不耐腐蝕，因此不考慮包裝容器的壽命，由此設(shè)想利用石墨烯的良好物理化學(xué)性能，將其涂覆于包裝容器表面，在此領(lǐng)域的研究還屬空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種增強(qiáng)中低水平放射性廢物包裝容器耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層；本發(fā)明對(duì)中低水平放射性廢物包裝容器進(jìn)行石墨烯涂層處理，提高包裝容器耐腐蝕性能的技術(shù)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的一種增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層，該石墨烯涂層厚度為5～15μm，涂敷于中低水平放射性廢物包裝容器外表面，所述的中低水平放射性廢物包裝容器為306不銹鋼材料。

如上所述的一種增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層，其所述的中低水平放射性廢物包裝容器厚度為1～5mm。

本發(fā)明所述的一種帶有增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層的中低水平放射性廢物包裝容器，該中低水平放射性廢物包裝容器外表面涂覆有石墨烯涂層，所述的石墨烯涂層厚度為5～15μm，所述的中低水平放射性廢物包裝容器為306不銹鋼材料。

如上所述的一種帶有增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層的中低水平放射性廢物包裝容器，其所述的中低水平放射性廢物包裝容器厚度為1～5mm。

本發(fā)明所述的任一增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層的制備方法，其包括如下步驟：

(a)將一定量氧化石墨烯加入到一定量水溶液中，通過輻射氧化處理，使石墨烯均勻分散于水性體系中并還原部分氧化石墨烯，形成石墨烯分散液；

(b)對(duì)中低水平放射性廢物包裝容器外表面進(jìn)行表面處理，去除1～5mm表面的氧化層；

(c)將步驟(a)所得的氧化石墨烯涂覆于經(jīng)步驟(b)表面處理所得的中低水平放射性廢物包裝容器表面；

(d)將步驟(c)的帶有氧化石墨烯涂層的中低水平放射性廢物包裝容器置于惰性氣體保護(hù)的環(huán)境下，在150～300℃進(jìn)行熱處理3-5小時(shí)，從而去除氧化石墨烯中的水分并將氧化石墨烯還原成石墨烯，使石墨烯牢固的結(jié)合在中低水平放射性廢物包裝容器表面。

如上所述的一種增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層的制備方法，其重復(fù)步驟(c)至步驟(d)，通過多次涂覆及熱處理，使中低水平放射性廢物包裝容器表面的石墨烯涂層的厚度達(dá)到5～15μm。

如上所述的一種增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層的制備方法，其步驟(a)所述的輻射氧化處理具體為在500～1000Gy/h的劑量下進(jìn)行γ射線照射，照射時(shí)間為35～70個(gè)小時(shí)。

如上所述的一種增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層的制備方法，其步驟(a)所述的將一定量的氧化石墨烯加入到一定量水中，兩者具體質(zhì)量比為1:(5×10⁶～1×10⁷)。

如上所述的一種增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層的制備方法，其步驟(d)所述的惰性氣體為氬氣。

如上所述的一種增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層的制備方法，其步驟(b)所述的表面處理為打磨、噴砂、或電鍍。

本發(fā)明的效果在于：

本發(fā)明利用石墨烯的良好物理化學(xué)性能，將其涂覆于包裝容器表面，使石墨烯附著于包裝容器表面形成石墨烯涂層，能夠大大增強(qiáng)包裝容器的耐腐蝕性能，從而延長(zhǎng)包裝容器的壽命，減少后續(xù)工程屏障和天然屏障的復(fù)雜程度，降低中低放廢物的整體處置費(fèi)用，增加總體安全性。

本發(fā)明中所提供的含石墨烯涂層的包裝容器與當(dāng)前的306不銹鋼包裝容器相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)由于石墨烯具有良好的耐腐蝕性，因此能夠提高處置容器的整體耐腐蝕性能，降低腐蝕速率，在模擬近地表處置環(huán)境下(大γ輻照劑量(1MGy)、周圍用混凝土包覆)，含石墨烯涂層的金屬腐蝕速率為純金屬的15％以下，增強(qiáng)了處置容器的耐腐蝕性能，大大延長(zhǎng)了處置容器的使用壽命；

(2)通過增加處置容器的耐腐蝕性能，從而大大延長(zhǎng)處置容器的使用壽命，可以適當(dāng)減少后續(xù)工程屏障的復(fù)雜程度，降低中低放廢物近地表處置總成本，增加總體安全性。

附圖說明

圖1為單層石墨烯及其衍生物示意圖；

圖2為本發(fā)明的石墨烯涂層示意圖。

圖中：1.石墨烯涂層；2.中低水平放射性廢物包裝容器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1

本發(fā)明所述的一種增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層，如圖2所示，該石墨烯涂層1厚度為5～15μm(例如：5μm、10μm或15μm)，涂敷于中低水平放射性廢物包裝容器2外表面，所述的中低水平放射性廢物包裝容器為306不銹鋼材料。

所述的中低水平放射性廢物包裝容器厚度為1～5mm(例如：1mm、2mm或5mm)。

實(shí)施例2

本發(fā)明所述的一種帶有增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層的中低水平放射性廢物包裝容器，該中低水平放射性廢物包裝容器2外表面涂覆有石墨烯涂層1，所述的石墨烯涂層厚度為5～15μm(例如：5μm、10μm或15μm)，所述的中低水平放射性廢物包裝容器為306不銹鋼材料。

所述的中低水平放射性廢物包裝容器厚度為1～5mm(例如：1mm、2mm或5mm)。

實(shí)施例3

實(shí)施例1或?qū)嵤├?所述任一增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層的制備方法，其包括如下步驟：

(a)將一定量氧化石墨烯加入到一定量水溶液中，通過輻射氧化處理，使石墨烯均勻分散于水性體系中并還原部分氧化石墨烯，形成石墨烯分散液；所述的輻射氧化處理具體為在700Gy/h的劑量下進(jìn)行γ射線照射，照射時(shí)間為55個(gè)小時(shí)。所述的氧化石墨烯與水兩者具體質(zhì)量比為1:8×10⁶。

(b)對(duì)中低水平放射性廢物包裝容器外表面進(jìn)行表面處理(例如：打磨、噴砂、或電鍍)，去除3mm表面的氧化層；

(c)將步驟(a)所得的氧化石墨烯涂覆于經(jīng)步驟(b)表面處理所得的中低水平放射性廢物包裝容器表面；

(d)將步驟(c)的帶有氧化石墨烯涂層的中低水平放射性廢物包裝容器置于惰性氣體(例如：氬氣)保護(hù)的環(huán)境下，在180℃進(jìn)行熱處理4小時(shí)，從而去除氧化石墨烯中的水分并將氧化石墨烯還原成石墨烯，使石墨烯牢固的結(jié)合在中低水平放射性廢物包裝容器表面。

(e)重復(fù)步驟(c)至步驟(d)，通過多次涂覆及熱處理，使中低水平放射性廢物包裝容器表面的石墨烯涂層的厚度達(dá)到10μm。

實(shí)施例4

實(shí)施例1或?qū)嵤├?所述任一增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層的制備方法，其包括如下步驟：

(a)將一定量氧化石墨烯加入到一定量水溶液中，通過輻射氧化處理，使石墨烯均勻分散于水性體系中并還原部分氧化石墨烯，形成石墨烯分散液；所述的輻射氧化處理具體為在500Gy/h的劑量下進(jìn)行γ射線照射，照射時(shí)間為70個(gè)小時(shí)。所述的氧化石墨烯與水兩者具體質(zhì)量比為1:5×10⁶。

(b)對(duì)中低水平放射性廢物包裝容器外表面進(jìn)行表面處理(例如：打磨、噴砂、或電鍍)，去除1mm表面的氧化層；

(c)將步驟(a)所得的氧化石墨烯涂覆于經(jīng)步驟(b)表面處理所得的中低水平放射性廢物包裝容器表面；

(d)將步驟(c)的帶有氧化石墨烯涂層的中低水平放射性廢物包裝容器置于惰性氣體(例如：氬氣)保護(hù)的環(huán)境下，在150℃進(jìn)行熱處理5小時(shí)，從而去除氧化石墨烯中的水分并將氧化石墨烯還原成石墨烯，使石墨烯牢固的結(jié)合在中低水平放射性廢物包裝容器表面。

(e)重復(fù)步驟(c)至步驟(d)，通過多次涂覆及熱處理，使中低水平放射性廢物包裝容器表面的石墨烯涂層的厚度達(dá)到5μm。

實(shí)施例5

實(shí)施例1或?qū)嵤├?所述任一增強(qiáng)耐腐蝕性能的耐γ輻照的石墨烯涂層的制備方法，其包括如下步驟：

(a)將一定量氧化石墨烯加入到一定量水溶液中，通過輻射氧化處理，使石墨烯均勻分散于水性體系中并還原部分氧化石墨烯，形成石墨烯分散液；所述的輻射氧化處理具體為在1000Gy/h的劑量下進(jìn)行γ射線照射，照射時(shí)間為350個(gè)小時(shí)。所述的氧化石墨烯與水兩者具體質(zhì)量比為1:1×10⁷。

(b)對(duì)中低水平放射性廢物包裝容器外表面進(jìn)行表面處理(例如：打磨、噴砂、或電鍍)，去除5mm表面的氧化層；

(c)將步驟(a)所得的氧化石墨烯涂覆于經(jīng)步驟(b)表面處理所得的中低水平放射性廢物包裝容器表面；

(d)將步驟(c)的帶有氧化石墨烯涂層的中低水平放射性廢物包裝容器置于惰性氣體(例如：氬氣)保護(hù)的環(huán)境下，在300℃進(jìn)行熱處理3小時(shí)，從而去除氧化石墨烯中的水分并將氧化石墨烯還原成石墨烯，使石墨烯牢固的結(jié)合在中低水平放射性廢物包裝容器表面。

(e)重復(fù)步驟(c)至步驟(d)，通過多次涂覆及熱處理，使中低水平放射性廢物包裝容器表面的石墨烯涂層的厚度達(dá)到15μm。