专利摘要

本发明公开了用于放射性污染土壤治理的固化吸附与磁分离反应器系统。该系统由进样管、环形电磁铁、平台、支撑柱、出样口、开关阀门、复合污染土壤、搅拌轴、搅拌叶片、环形布水管、反应器和搅拌电机组成。进样管位于反应器上部；环形电磁铁位于反应器壁的外围；支撑柱位于平台的下部；出样口位于反应器底部，在出样口上安装开关阀门；环形布水管位于反应器的内壁上；搅拌叶片固定在搅拌轴上，搅拌轴与搅拌电机相连；反应器内装填由土壤固化吸附剂和放射性污染土壤组成的复合污染土壤，其中土壤固化吸附剂和放射性污染土壤的质量比为1：75。本发明的有益效果是，该系统对放射性污染土壤治理时成本低、操作简单、处理效果好。

权利要求

1.一种用于放射性污染土壤治理的固化吸附与磁分离反应器系统，其特征在于，该系统由进样管、环形电磁铁、平台、支撑柱、出样口、开关阀门、复合污染土壤、搅拌轴、搅拌叶片、环形布水管、反应器和搅拌电机组成；进样管到反应器顶端的距离为25cm，进样管与水平线的夹角为30度；环形电磁铁位于反应器壁的外围，到反应器顶端距离为30cm；支撑柱位于平台的下部，用于支撑反应器；出样口位于反应器底部，在出样口上安装开关阀门，用于控制土壤的排出；环形布水管位于反应器的内壁上，环形布水管到反应器顶端距离为20cm；搅拌叶片固定在搅拌轴上，搅拌轴与搅拌电机相连；反应器内装填复合污染土壤，将复合污染土壤装填至与进样管底部的距离为5cm；复合污染土壤由土壤固化吸附剂和放射性污染土壤组成，其中土壤固化吸附剂和放射性污染土壤的质量比为1：75；所述土壤固化吸附剂由如下方法制备：

(1)将250mL去离子水加入到容积为1000mL的三口烧瓶中，然后放到温度为75℃的恒温水浴锅中，在气体流速为130L/h的条件下向三口烧瓶中通入氮气35分钟，得到溶液A；

(2)向溶液A中加入0.0625mol的CoCl₂·6H₂O，在1000r/min条件下搅拌15分钟，得到溶液A1；

(3)将250mL去离子水加入到容积为1000mL的三口烧瓶中，然后放到温度为75℃的恒温水浴锅中，在气体流速为130L/h的条件下向三口烧瓶中通入氮气35分钟，得到溶液B；

(4)向溶液B中加入0.125mol的FeCl₃·6H₂O，在1000r/min条件下搅拌15分钟，得到溶液B1；

(5)将溶液A1加入到溶液B1中，在温度为80℃的摇床中摇动30分钟，得到混合液C；

(6)向混合液C中加入150mg的NaOH，然后放到温度为75℃的恒温水浴锅中，在气体流速为130L/h的条件下向混合液中通入氮气120分钟，得到混合液D；

(7)向混合液D中加入150mL去离子水，在1000r/min条件下搅拌15min后采用磁铁进行磁分离，弃去上清液，得到混合物E；

(8)向混合物E中加入250mL乙醇，在1000r/min条件下搅拌15min后采用磁铁进行磁分离，弃去上清液，得到混合物F；

(9)向混合物F中加入250mL乙醇，在1000r/min条件下搅拌15min后采用磁铁进行磁分离，弃去上清液，得到混合物G；

(10)将混合物G在60℃条件下干燥12h，得到物质H；

(11)将50g钙基蒙脱石加入到200mL摩尔浓度为1.2mol/L的NH₄Cl溶液中，在温度为30℃的摇床中摇动12小时，得到混合液I；

(12)将10mL质量浓度为22％的氨水加入到混合液I中，然后加入1.55g乙基三乙氧基硅烷，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液J；

(12)将混合液J在转速为每分钟7000转的条件下离心5min，去除上层上清液，将下层固体物质在60℃条件下干燥24h，得到物质K；

(13)将6.0g海藻酸钠和600mL去离子水加入到容积为1000mL锥形瓶中，在1000r/min条件下搅拌15分钟，摇匀后分成等量2份，得到混合液L1、混合液L2；

(14)向混合液L1中加入5.0g物质H，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液M1；

(15)将1.2g正硅酸甲酯加入到混合液M1中，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液N1；

(16)向混合液L2中加入15.0g物质K，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液M2；

(17)将1.8g甲基三甲氧基硅烷加入到混合液M2中，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液N2；

(18)将混合液N2加入到混合液N1中，在温度为35℃的摇床中摇动120分钟，得到混合液N；

(19)将混合液N滴入到1000mL质量浓度为2％的CaCl₂溶液中，静止12h后通过孔径为5mm的滤网过滤，得到物质O；

(20)将物质O用去离子水清洗后在50℃烘箱中干燥12h，得到的物质即为土壤固化吸附剂。

说明书

技术领域

本发明属于放射性核素污染修复与治理技术领域，特别涉及一种用于放射性污染土壤治理的固化吸附与磁分离反应器系统。

背景技术

放射性污染土壤修复是极其复杂的世界性难题，日本福岛核事故发生后，经过几年的修复，受污染区域辐射强度远没有达到20mSv的平均水平。放射性污染土壤治理的常规方法主要有机械搬运法、超积累植物吸收法、化学提取法、生物修复和自然衰减消除法等。机械搬运法是采用大型机械和设备，铲除地表污染的土壤等物质，转移到指定场所后采取焚烧、固化、掩埋等方法处理，将放射性物质进行隔离，该方法工程量大，而且在转移过程中会对设备造成污染，还可能因抛洒和泄漏等造成放射性污染进一步扩散；化学提取法对于小规模的放射性污染处理比较合适，但是其处理费用昂贵且易产生二次污染；超积累植物吸收法是通过植物对放射性核素的高选择性富集后对植物进行焚烧处理，该方法的缺点是处理周期长。随着核技术在生产、生活中的广泛应用，放射性核素作为环境中最主要的潜在核污染物受到广泛关注，探寻高效的放射性核素污染土壤的修复技术成为近年来的研究热点。目前还缺少用于放射性污染土壤治理的固化吸附与磁分离反应器系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于放射性污染土壤治理的固化吸附与磁分离反应器系统。其具体步骤如下：

固化吸附与磁分离反应器系统由进样管(1)、环形电磁铁(2)、平台(3)、支撑柱(4)、出样口(5)、开关阀门(6)、复合污染土壤(7)、搅拌轴(8)、搅拌叶片(9)、环形布水管(10)、反应器(11)和搅拌电机(12)组成；进样管(1)到反应器(11)顶端的距离为25cm，进样管(1)与水平线的夹角为30度；环形电磁铁(2)位于反应器壁(11)的外围，到反应器(11)顶端距离为30cm；支撑柱(4)位于平台(3)的下部，用于支撑反应器(11)；出样口(5)位于反应器(11)底部，在出样口(5)上安装开关阀门(6)，用于控制土壤的排出；环形布水管(10)位于反应器(11)的内壁上，环形布水管(10)到反应器(11)顶端距离为20cm；搅拌叶片(9)固定在搅拌轴(8)上，搅拌轴(8)与搅拌电机(12)相连；反应器(11)内装填复合污染土壤(7)，将复合污染土壤(7)装填至与进样管(1)底部的距离为5cm；复合污染土壤(7)由土壤固化吸附剂和放射性污染土壤组成，其中土壤固化吸附剂和放射性污染土壤的质量比为1：75。

所述土壤固化吸附剂由如下方法制备：

(1)将250mL去离子水加入到容积为1000mL的三口烧瓶中，然后放到温度为75℃的恒温水浴锅中，在气体流速为130L/h的条件下向三口烧瓶中通入氮气35分钟，得到溶液A；

(2)向溶液A中加入0.0625mol的CoCl₂·6H₂O，在1000r/min条件下搅拌15分钟，得到溶液A1；

(3)将250mL去离子水加入到容积为1000mL的三口烧瓶中，然后放到温度为75℃的恒温水浴锅中，在气体流速为130L/h的条件下向三口烧瓶中通入氮气35分钟，得到溶液B；

(4)向溶液B中加入0.125mol的FeCl₃·6H₂O，在1000r/min条件下搅拌15分钟，得到溶液B1；

(5)将溶液A1加入到溶液B1中，在温度为80℃的摇床中摇动30分钟，得到混合液C；

(6)向混合液C中加入150mg的NaOH，然后放到温度为75℃的恒温水浴锅中，在气体流速为130L/h的条件下向混合液中通入氮气120分钟，得到混合液D；

(7)向混合液D中加入150mL去离子水，在1000r/min条件下搅拌15min后采用磁铁进行磁分离，弃去上清液，得到混合物E；

(8)向混合物E中加入250mL乙醇，在1000r/min条件下搅拌15min后采用磁铁进行磁分离，弃去上清液，得到混合物F；

(9)向混合物F中加入250mL乙醇，在1000r/min条件下搅拌15min后采用磁铁进行磁分离，弃去上清液，得到混合物G；

(10)将混合物G在60℃条件下干燥12h，得到物质H；

(11)将50g钙基蒙脱石加入到200mL摩尔浓度为1.2mol/L的NH₄Cl溶液中，在温度为30℃的摇床中摇动12小时，得到混合液I；

(12)将10mL质量浓度为22％的氨水加入到混合液I中，然后加入1.55g乙基三乙氧基硅烷，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液J；

(12)将混合液J在转速为每分钟7000转的条件下离心5min，去除上层上清液，将下层固体物质在60℃条件下干燥24h，得到物质K；

(13)将6.0g海藻酸钠和600mL去离子水加入到容积为1000mL锥形瓶中，在1000r/min条件下搅拌15分钟，摇匀后分成等量2份，得到混合液L1、混合液L2；

(14)向混合液L1中加入5.0g物质H，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液M1；

(15)将1.2g正硅酸甲酯加入到混合液M1中，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液N1；

(16)向混合液L2中加入15.0g物质K，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液M2；

(17)将1.8g甲基三甲氧基硅烷加入到混合液M2中，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液N2；

(18)将混合液N2加入到混合液N1中，在温度为35℃的摇床中摇动120分钟，得到混合液N；

(19)将混合液N滴入到1000mL质量浓度为2％的CaCl₂溶液中，静止12h后通过孔径为5mm的滤网过滤，得到物质O；

(20)将物质O用去离子水清洗后在50℃烘箱中干燥12h，得到的物质即为土壤固化吸附剂。

本发明的有益效果是，该固化吸附与磁分离反应器系统对放射性污染土壤治理时成本低、操作简单、处理效果好。

附图说明

附图1是用于放射性污染土壤治理的固化吸附与磁分离反应器系统的示意图。附图1中1为进样管、2为环形电磁铁、3为平台、4为支撑柱、5为出样口、6为开关阀门、7为复合污染土壤、8为搅拌轴、9为搅拌叶片、10为环形布水管、11为反应器、12为搅拌电机。

具体实施方式

本发明提供一种用于放射性污染土壤治理的固化吸附与磁分离反应器系统，下面通过一个实例来说明其实施过程。

实施例

(1)用于放射性污染土壤治理的固化吸附与磁分离反应器系统的制备过程如下：

固化吸附与磁分离反应器系统的反应器用有机玻璃制成，其直径为45cm，高为95cm。支撑柱的高为20cm，安装于平台的下部，用于支撑反应器。进样管位于反应器的上部，到反应器顶端的距离为25cm，进样管与水平线的夹角为30度。出样口位于反应器底部，在出样口上安装开关阀门，用于控制土壤的排出。将环形布水管安装于反应器的内壁上，环形布水管到反应器顶端距离为20cm。环形电磁铁位于反应器壁的外围，到反应器顶端距离为30cm。将搅拌叶片固定在搅拌轴上，并将搅拌轴与搅拌电机相连。按照土壤固化吸附剂和放射性污染土壤质量比为1：75的比例配制复合污染土壤，复合污染土壤由进样管加入到反应器中，复合污染土壤装填至与进样管底部的距离为5cm。

(2)土壤固化吸附剂由如下过程制备：

将250mL去离子水加入到容积为1000mL的三口烧瓶中，然后放到温度为75℃的恒温水浴锅中，在气体流速为130L/h的条件下向三口烧瓶中通入氮气35分钟，得到溶液A；向溶液A中加入0.0625mol的CoCl₂·6H₂O，在1000r/min条件下搅拌15分钟，得到溶液A1；将250mL去离子水加入到容积为1000mL的三口烧瓶中，然后放到温度为75℃的恒温水浴锅中，在气体流速为130L/h的条件下向三口烧瓶中通入氮气35分钟，得到溶液B；向溶液B中加入0.125mol的FeCl₃·6H₂O，在1000r/min条件下搅拌15分钟，得到溶液B1；将溶液A1加入到溶液B1中，在温度为80℃的摇床中摇动30分钟，得到混合液C；向混合液C中加入150mg的NaOH，然后放到温度为75℃的恒温水浴锅中，在气体流速为130L/h的条件下向混合液中通入氮气120分钟，得到混合液D；向混合液D中加入150mL去离子水，在1000r/min条件下搅拌15min后采用磁铁进行磁分离，弃去上清液，得到混合物E；向混合物E中加入250mL乙醇，在1000r/min条件下搅拌15min后采用磁铁进行磁分离，弃去上清液，得到混合物F；向混合物F中加入250mL乙醇，在1000r/min条件下搅拌15min后采用磁铁进行磁分离，弃去上清液，得到混合物G；将混合物G在60℃条件下干燥12h，得到物质H；

将50g钙基蒙脱石加入到200mL摩尔浓度为1.2mol/L的NH₄Cl溶液中，在温度为30℃的摇床中摇动12小时，得到混合液I；将10mL质量浓度为22％的氨水加入到混合液I中，然后加入1.55g乙基三乙氧基硅烷，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液J；将混合液J在转速为每分钟7000转的条件下离心5min，去除上层上清液，将下层固体物质在60℃条件下干燥24h，得到物质K；

将6.0g海藻酸钠和600mL去离子水加入到容积为1000mL锥形瓶中，在1000r/min条件下搅拌15分钟，摇匀后分成等量2份，得到混合液L1、混合液L2；向混合液L1中加入5.0g物质H，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液M1；将1.2g正硅酸甲酯加入到混合液M1中，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液N1；向混合液L2中加入15.0g物质K，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液M2；将1.8g甲基三甲氧基硅烷加入到混合液M2中，在1000r/min条件下搅拌4h，得到混合液N2；将混合液N2加入到混合液N1中，在温度为35℃的摇床中摇动120分钟，得到混合液N；将混合液N滴入到1000mL质量浓度为2％的CaCl₂溶液中，静止12h后通过孔径为5mm的滤网过滤，得到物质O；

将物质O用去离子水清洗后在50℃烘箱中干燥12h，得到的物质即为土壤固化吸附剂。

(3)治理实验

运用本发明得到的固化吸附与磁分离反应器系统对放射性污染土壤进行了治理试验，结果表明该系统能够有效去除污染土壤中的铯，当污染土壤中的铯初始含量为112mg/kg时，处理后土壤中的铯能降低到11mg/kg。

用于放射性污染土壤治理的固化吸附与磁分离反应器系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。