CN105869691A - 一种可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法 - Google Patents

一种可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法，以聚乙烯醇为基体，丙烯酰胺为改性功能单体，水做溶剂，采用自由基聚合机制，制备高分子聚合溶液，再添加明胶和表面活性剂对其进行改性。本发明放射性气溶胶压制剂由基体聚乙烯醇与单体丙烯酰胺经过自由基溶液聚合接枝共聚而成，制备的压制剂具有交联网状结构，粘度高，喷淋雾化捕捉粉尘颗粒后沉降到物体表面，随着溶剂的挥发，气溶胶粉尘颗粒包裹在其中，固化形成可剥离的连续膜体后，利用机械手段对膜体进行清除和回收。本发明的放射性气溶胶压制剂可应用于核设施退役或核事故中可能产生的放射性气溶胶的快速压制去除，以防止放射性污染扩散，保护作业人员与环境的安全。

Description

一种可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法
技术领域
本发明属于核污染去污技术领域，尤其涉及一种可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法。
背景技术
在核设施退役及核事故中都会有放射性气溶胶的产生。放射性气溶胶是指含有放射性核素的气溶胶，含有放射性核素的固体或液体小颗粒悬浮在空气中，形成的具有一定程度放射性的分散体系，放射性气溶胶兼具有放射性核素和气溶胶的特性。所以放射性气溶胶粉尘颗粒无论是悬浮在空气中还是沉落在物体表面，人长期处在这样的环境中都会对人体产生危害，引发各种疾病，危害范围广而深远。因此实施放射性气溶胶的快速控制和去除是减轻事故后果、防止污染扩散的重要举措，对作业人员的安全和环境的保护将有着重大的意义。对于气溶胶粉尘的控制，目前常规所采取的较为灵活机动的方法主要为喷淋湿法压制去污；所采用的喷淋液一般是以多元醇，表面活性剂，糖类，水玻璃树脂等中的一种或几种为主要成分的低粘度的水性溶液，其缺点在于低粘度的水性溶液喷淋液降落到物体表面后难以收集，容易造成放射性气溶胶粉尘的二次污染等问题。针对放射性气溶胶的特性，制备的放射性气溶胶压制剂雾化喷淋后形成运动的压制剂小液滴，小液滴通过粘附与润湿作用将放射性气溶胶粉尘带到地面，在地面形成高粘度的压制膜，随着溶剂的挥发、分子链的迁移将放射性气溶胶粉尘颗粒包裹在其网络结构中；形成可剥离的连续膜体后，利用机械手段进行清除、回收；最后将集中的剥离膜体装入放射性废物运输车，驶离现场，运至放射性废物处置场进行压缩处理，至此完成放射性气溶胶的清除工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法，旨在解决核活动(如核退役和核事故应急)中可能产生的放射性气溶胶污染的快速压制去除问题。
本发明是这样实现的，一种可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法，所述可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法以聚乙烯醇为基体，丙烯酰胺为改性功能单体，水做溶剂，采用自由基聚合机制，制备高分子聚合溶液，再添加明胶和表面活性剂对其进行改性。
进一步，所述可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法包括：
量取高分子聚合溶液100份，其中加入明胶助剂3～7份，加热搅拌15～20分钟；加入表面活性剂1～1.5份；搅拌至溶解，得放射性气溶胶压制剂。
进一步，所述量取高分子聚合溶液的制备方法包括以下步骤：
步骤一，基体聚乙烯醇的准备，聚乙烯醇2～9份，溶于40～50份去离子水中，加热搅拌至溶解，呈均匀透明状无颗粒物时，90℃下保温，待用；
步骤二，单体引发剂混合溶液的制备，单体丙烯酰胺1～5份，引发剂过硫酸铵0.01～0.05份，其中引发剂过硫酸铵的用量为单体丙烯酰胺用量的1～1.5wt％质量分数，溶于30～40份溶剂去离子水中得单体引发剂混合溶液，搅拌至充分溶解，置于阴凉干燥处，待用；
步骤三，高分子聚合溶液的合成，将步骤一准备的聚乙烯醇溶液降温，温度范围在60～80℃，搅拌速度200～450rpm，用恒压滴液漏斗滴加步骤B的单体引发剂混合溶液，滴速控制在1～3滴/秒，滴加完毕后反应250～500分钟，停止加热和搅拌，冷却后出料，得高分子聚合溶液。
本发明的另一目的在于提供一种所述可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法制备的可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂，所述高粘度放射性气溶胶压制剂以100份计；
高分子聚合溶液100份，其中加入明胶助剂3～7份，表面活性剂1～1.5份。
进一步，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠。
本发明提供的可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法，放射性气溶胶压制剂由基体聚乙烯醇与单体丙烯酰胺经过自由基溶液聚合接枝共聚而成，制备的压制剂具有交联网状结构，粘度高，喷淋雾化捕捉粉尘颗粒后沉降到物体表面，随着溶剂的挥发，气溶胶粉尘颗粒包裹在其中，固化形成可剥离的连续膜体后，利用机械手段对膜体进行清除和回收。本发明的放射性气溶胶压制剂可应用于一般场合及核设施退役或核事故中，减轻事故后果，防止污染扩散，保护作业人员与环境的安全。本发明制备的气溶胶压制剂可以结合压制剂喷淋装置可以解决在产生放射性气溶胶污染的场所进行气溶胶的快速压制及去除。同时压制后压制剂可自身固化成膜，容易收集避免二次污染。针对核退役处理及核应急相应中可能发生的放射性气溶胶污染，灵活机动的去除方法是进行喷淋湿法压制去污，考虑到目前压制剂主要为低粘度水性溶液，可能存在压制剂吸附粉尘降落后渗入地下造成深度污染或干燥后形成扬尘造成二次污染。本发明进行放射性气溶胶高粘树脂压制固化剂合成制备与性能研究，此种压制剂作为湿法喷淋除尘技术中的喷淋液，经高压雾化后可通过吸附、捕捉、团聚气溶胶微粒，将其将其紧锁于聚合物网络结构之内，降落后可成膜固化达到有效的固定粉尘，且形成的防护膜又具有一定防浸蚀和抗冲刷功能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明以聚乙烯醇为基体，丙烯酰胺为改性功能单体，水做溶剂，采用自由基聚合机制，制备高分子聚合溶液，再添加明胶和表面活性剂对其进行改性。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
本发明的可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法以合成的高分子聚合溶液100份计。
如图1所示，本发明实施例的可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法包括以下步骤：
S101：基体聚乙烯醇的准备，聚乙烯醇2～9份，溶于40～50份去离子水中，加热搅拌至溶解，呈均匀透明状无颗粒物时，90℃下保温，待用；
S102：单体引发剂混合溶液的制备，单体丙烯酰胺(AM)1～5份，引发剂过硫酸铵(APS)0.01～0.05份，其中引发剂过硫酸铵的用量(APS)为单体丙烯酰胺(AM)用量的1～1.5wt％(质量分数)，溶于30～40份溶剂去离子水中得单体引发剂混合溶液，搅拌至充分溶解，置于阴凉干燥处，待用；
S103：高分子聚合溶液的合成，将步骤S101准备的聚乙烯醇溶液降温，温度范围在60～80℃，搅拌速度200～450rpm，用恒压滴液漏斗滴加步骤B的单体引发剂混合溶液，滴速控制在1～3滴/秒，滴加完毕后反应250～500分钟，停止加热和搅拌，冷却后出料，得高分子聚合溶液；
S104：放射性气溶胶压制剂的制备，量取高分子聚合溶液100份，其中加入明胶助剂3～7份，加热搅拌15～20分钟；加入表面活性剂，1～1.5份；搅拌至溶解，得放射性气溶胶压制剂；
S105：高粘度放射性气溶胶压制剂的粘度调节，放射性气溶胶压制剂制备后密封静置12小时，测其粘度(一般大于4000mPa·s)用去离子水逐步稀释到目标粘度值(800～3000mPa·s)，密封，置于阴凉干燥处储存。
本发明的表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
实施例1：
一、高分子聚合溶液的制备
聚乙烯醇(PVA1799)600g，去离子水2000ml于反应釜中，升温到90℃，搅拌90min至聚乙烯醇完全溶解，降温到80℃，保温待用。
丙烯酰胺(AM)单体60g、过硫酸铵(APS)引发剂0.6g，溶于1200ml去离子水中形成单体引发剂混合溶液，待用。
滴加单体引发剂混合溶液，滴速2滴/秒,80分钟滴加完毕，单体引发剂混合溶液滴完后，保温200分钟，降温出料，得高分子聚合溶液。
二、放射性气溶胶压制剂的制备
量取高分子聚合溶液1L，加热至40℃，加入明胶10g，搅拌30分钟(转速250～400rpm)，降至室温，出料，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠1.1g搅拌至溶解，密封静置12h，即得可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂。
三、放射性气溶胶压制剂的粘度调节
放射性气溶胶压制剂制备后密封静置12小时，测其粘度(一般大于4000mPa·s)用去离子水逐步稀释到目标粘度值(800～3000mPa·s)，密封，置于阴凉干燥处储存。
四、放射性气溶胶压制剂的压制效率评价
采用模拟放射性气溶胶粉尘，用气溶胶发生器发生，使用制备好的放射性气溶胶压制剂进行雾化喷淋，压制率可达到84％以上。
五、放射性气溶胶压制剂的固化可剥离性
选用不同基材表面如玻璃、大理石、金属、工程塑料等，采用雾化喷涂方式在不同表面进行涂覆，表面水平，喷涂面积50cm×50cm，在室温下放置48小时内固化，连续成膜，用机械手段进行剥离，剥离程度大于等于98％。
实施例2
一、基体聚乙烯醇的准备
聚乙烯醇(PVA1799)2～9份，溶于40～50份去离子水中，加热搅拌至溶解，呈均匀透明状无颗粒物时，90℃下保温，待用。
二、单体引发剂混合溶液的制备
单体丙烯酰胺(AM)1～5份，引发剂过硫酸铵(APS)0.01～0.05份，其中引发剂过硫酸铵的用量(APS)为单体丙烯酰胺(AM)用量的1～1.5wt％(质量分数)，溶于30～40份溶剂去离子水中得单体引发剂混合溶液，搅拌至充分溶解，置于阴凉干燥处，待用。
三、高分子聚合溶液的合成
将步骤一准备的聚乙烯醇溶液降温，温度范围在60～80℃，搅拌速度200～450rpm，用恒压滴液漏斗滴加步骤B的单体引发剂混合溶液，滴速控制在1～3滴/秒，滴加完毕后反应250～500分钟，停止加热和搅拌，冷却后出料，得高分子聚合溶液。
四、放射性气溶胶压制剂的制备
量取高分子聚合溶液100份，其中加入明胶助剂3～7份，加热搅拌15～20分钟；加入表面活性剂，1～1.5份；搅拌至溶解，得放射性气溶胶压制剂。
高粘度放射性气溶胶压制剂的粘度调节
放射性气溶胶压制剂制备后密封静置12小时，测其粘度(一般大于4000mPa·s)用去离子水逐步稀释到目标粘度值(800～3000mPa·s)，密封，置于阴凉干燥处储存。
本发明提供的放射性气溶胶压制剂不仅可以降低空气中的放射性气溶胶颗粒的浓度，对气溶胶粉尘颗粒进行收集，还可用于固定物体表面的松散污染。
下面结合实验对本发明的应用效果作详细的描述。
实验一、气溶胶压制剂除尘效率检测
1.目的
对气溶胶压制剂除尘效率进行测定。
2.参考标准
目前尚无相关指标的国家或行业标准。
本专利对气溶胶压制剂除尘效率判定方法如下：在一定的密闭空间内，采用一定量的标准粉尘经气溶胶发生器发生至密闭空间，通过气溶胶检测仪器检测其产生的气溶胶颗粒浓度，在此空间内取一定量的气溶胶压制剂进行雾化喷淋，通过气溶胶检测仪器实时记录气溶胶浓度的变化，并可以此计算气溶胶压制剂的除尘效率，气溶胶压制剂的除尘效率计算公式如下：
3.测试样品及仪器
仪器设备：德国PALAS WELAS-2000气溶胶检测***；德国PALASBEG-1000型气溶胶发生***；美国PTI模拟气溶胶试验粉尘(A2Coarse TestDust)；气帐，容积为1.4m3；日本岩田W-77手动喷枪；空气压缩机
样品：PVA-PAM型压制剂(4组)，自制。
4.检测科目
气溶胶压制剂除尘效率。
5.实验设计及步骤：
步骤一：气溶胶压制剂的准备，分别制备4种不同粘度的样品，PVA-PAM型压制剂的粘度为1#-120mPa.s、2#-450mPa.s、3#-1080mPa.s、4#-1760mPa.s。
步骤二：测试平台的搭建，手动喷枪与空气压缩机通过软管相连，压缩空气作为喷枪的动力源，手动喷枪带有样品罐(1L)；气帐顶部设可活动圆形开口，开口直径10cm，方便喷枪口向气帐内喷淋样品，气溶胶检测设备取样口置于气帐内部，高度为气帐高度的一般，取样口朝下，可连续检测气溶胶颗粒浓度值。
步骤三：气溶胶的发生。称取2g粉尘通过气溶胶发生器发生至气帐，发生速率为2g/min，通过气溶胶检测***检测实时气溶胶浓度，待气溶胶浓度稳定后开始进行第四步。
步骤四：通过气帐顶部进行粉尘\气溶胶压制剂的雾化喷淋，喷淋量为1L，喷淋时间为10min，喷淋后静置保持15min，此过程(25min)中实时检测气溶胶浓度的变化。
步骤五：气溶胶除尘效率的计算
沉降效率的计算公式：
6.实验结果
表1PVA-PAM型压制剂压制效率检测结果(2～105μm)
7.实验结果分析
不同粘度的PVA-PAM型压制剂针对2～105μm波段的气溶胶，其压制总效率在84～91％之间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法，其特征在于，所述可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法以聚乙烯醇为基体，丙烯酰胺为改性功能单体，水做溶剂，采用自由基聚合机制，制备高分子聚合溶液，再添加明胶和表面活性剂对其进行改性。
2.如权利要求1所述的可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法，其特征在于，所述可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法包括：
量取高分子聚合溶液100份，其中加入明胶助剂3～7份，加热搅拌15～20分钟；加入表面活性剂1～1.5份；搅拌至溶解，得放射性气溶胶压制剂。
3.如权利要求2所述的可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法，其特征在于，所述量取高分子聚合溶液的制备方法包括以下步骤：
步骤一，基体聚乙烯醇的准备，聚乙烯醇2～9份，溶于40～50份去离子水中，加热搅拌至溶解，呈均匀透明状无颗粒物时，90℃下保温，待用；
步骤二，单体引发剂混合溶液的制备，单体丙烯酰胺1～5份，引发剂过硫酸铵0.01～0.05份，其中引发剂过硫酸铵的用量为单体丙烯酰胺用量的1～1.5wt％质量分数，溶于30～40份溶剂去离子水中得单体引发剂混合溶液，搅拌至充分溶解，置于阴凉干燥处，待用；
步骤三，高分子聚合溶液的合成，将步骤一准备的聚乙烯醇溶液降温，温度范围在60～80℃，搅拌速度200～450rpm，用恒压滴液漏斗滴加步骤B的单体引发剂混合溶液，滴速1～3滴/秒，滴加完毕后反应250～500分钟，停止加热和搅拌，冷却后出料，得高分子聚合溶液。
4.一种如权利要求1所述可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂的制备方法制备的可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂，其特征在于，所述高粘度放射性气溶胶压制剂以100份计；
高分子聚合溶液100份，其中加入明胶助剂3～7份，表面活性剂1～1.5份。
5.如权利要求4所述的可固化剥离的高粘度放射性气溶胶压制剂，其特征在于，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠。
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