自脆型去污剂:高效放射性污染治理新技术

背景与原理

 

核设施表面附着的放射性污染物对人体和环境构成严重威胁。传统去污技术存在废液处理难、操作复杂等局限性。自脆型去污技术作为一种创新解决方案,其核心在于去污剂成膜后吸附污染物,随溶剂挥发自动脆裂脱落,实现污染物的高效清除与便捷回收,显著减少二次污染风险。

 

材料设计与制备

 

西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室​、材料与化学学院​与国民核生化灾害防护国家重点实验室​研究团队通过复合改性纳米二氧化硅(SiO₂)与无规共聚物P(MMA-co-MAA-co-HFBMA)乳液,开发出新型自脆型复合去污剂。其中,纳米SiO₂经γ-巯丙基三乙氧基硅烷表面改性以增强分散性,再与含甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸(MAA)及六氟丁酯(HFBMA)的共聚物乳液高速剪切共混。该设计利用聚合物分子链的氢键作用与纳米颗粒的物理增强效应,实现涂层可控脆化。

纳米SiO2、改性后的纳米SiO2和自脆型复合去污剂的FTIR谱图

性能优化与机理

 

通过调节共聚物单体比例(MMA/MAA/HFBMA),可精准调控去污剂的自脆特性。实验表明,当比例为7:5:0.1时,去污剂在干燥后形成尺寸均一(约1-3 cm²)、易于收集的脆片。其机理在于溶剂挥发过程中,聚合物链段收缩与纳米SiO₂的应力分散作用协同引发涂层脆裂。红外光谱与热重分析证实了材料间氢键交联及热稳定性,透射电镜显示改性后SiO₂分散性显著提升。

纳米SiO2、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和无规共聚物P(MMA-co-MAA-co-HFBMA)
可能相互作用的示意图

去污效能验证

 

对模拟放射性落下灰(含K元素)的测试显示,该去污剂在玻璃、不锈钢、环氧地坪等表面均表现出色,去污率超过95%。其高效去污源于双重机制:1)溶剂溶解与螯合剂(EDTA-2Na)对污染物的化学吸附;2)脆裂过程将污染物包裹于脱落涂层中,实现物理移除。

 

应用优势与前景

 

该技术具备制备简便、成本低廉、适用范围广的特点,尤其适用于核设施复杂表面的松散污染物治理。其自脆特性避免了传统机械或化学清洗的繁琐步骤,大幅降低人员辐射暴露风险,为放射性污染治理提供了高效环保的新路径。未来可进一步优化材料配方,拓展至更多污染物类型与极端环境应用。

 

 

来源​:
本研究由西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室​、材料与化学学院​与国民核生化灾害防护国家重点实验室​联合完成,相关成果发表于《核技术》期刊。

 

发布日期:2024-12-20
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