一種碳材料的光催化消解方法
【專利摘要】本發明公開了一種碳材料的光催化消解方法，目的在于提供一種在光照條件下溫和消解碳材料的方法作為碳材料的后處理手段，特別針對放射性材料熔煉鑄造過程使用過的碳坩堝、模具目前沒有合適的后處理技術的問題，提供一條解決途徑。該方法包括如下步驟：制備TiO2改性的碳材料、光催化消解TiO2改性的碳材料。本發明運用球磨對碳材料進行粒徑降級、減層及TiO2改性處理，利用TiO2在光照下催化氧氣生成強氧化基團的性能將處理后的碳材料氧化為氣體。本發明提供的技術能夠在光照條件下將碳材料轉變為氣體，其優點在于反應條件溫和、能耗低、操作安全度高且利于碳材料上附著物（如催化劑、核素等）的回收。
【專利說明】
一種碳材料的光催化消解方法
技術領域
[0001]本發明涉及的是一種放射性污染材料處理方法，尤其是一種碳材料的光催化消解方法。
【背景技術】
[0002]碳材料在工業領域有諸多應用。在廢水處理中，多孔碳是常用的污染物吸附劑;在工業催化中，碳材料是常用的催化劑載體;在核工業中，碳材料被用來制造放射性材料熔煉鑄造過程使用的坩禍、模具。
[0003]相應地，在吸附達到飽和、催化劑失活以及放射性材料熔煉鑄造完成后，需要對碳材料進行后處理。通常情況下，對作為吸附劑的碳材料，可采用合適的洗脫液脫除污染物實現再生;對作為催化劑載體的碳材料，采用燃燒氧化的方式將其轉變為CO2以實現催化劑的回收;而對于放射性材料熔煉鑄造過程使用過的碳坩禍、模具，由于其沾染放射性核素后屬于特殊的放射性固體廢物，目前還沒有合適的后處理手段。
[0004]現有的碳材料后處理方法都有其局限性。例如，多孔碳在吸附某類不易脫附的放射性污染物后，若采用液體洗脫的方式再生多孔碳，將產生大量二次放射性液體，這與放射性廢物最小化原則相悖，因而此方法不能被采用；以燃燒方式消解碳載體回收催化劑會涉及催化劑成份在高溫氣流帶動下流失以及混雜于焚燒灰中不易回收等問題;對于放射性材料熔煉過程使用過的碳坩禍、模具，由于放射性核素是以浸潤的方式粘附其上，因而無法用液體洗脫的方式脫除，以燃燒氧化消解此類石墨又存在極大的放射性氣溶膠泄漏的隱患，因此，對于沾染了放射性活度水平較高的核素的碳坩禍、模具，上述的碳材料后處理方法已不再適用，目前亟待一種新技術以解決此問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的，就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種碳材料的光催化消解方法的技術方案，該方案特別針對放射性材料熔煉鑄造過程使用過的碳坩禍、模具目前沒有合適的后處理技術的問題，提供一條解決途徑。
[0006]本方案是通過如下技術措施來實現的:
一種碳材料的光催化消解方法，包括有以下步驟:
a.制備T12改性的碳材料:
使用行星式球磨機以固定的球磨公轉速度研磨碳材料、T12粉末的混合物，得到粉末狀的T12改性的碳材料；
b.光催化消解T12改性的碳材料:
將步驟a中制備完成的T12改性的碳材料與水混合，向液體中以固定流量持續通入含氧氣體，用光源照射液體，直至將T12改性的碳材料轉變為氣體。
[0007]作為本方案的優選:步驟a中，碳材料、T12粉末的組分按重量份計為:碳材料I份、1102粉末0.5-5份。
[0008]作為本方案的優選:步驟a中，制備T12改性的碳材料時能夠加入輔助劑與碳材料、T12粉末的混合物共同研磨;碳材料、T12粉末、輔助劑的組分按重量份計為:碳材料I份、T12粉末0.5-5份、輔助劑0.1-5份。
[0009]作為本方案的優選:步驟b中，T12改性的碳材料與水的組分按重量份計為:T12改性的碳材料I份、水50-1000份。
[0010]作為本方案的優選:步驟a中，行星式球磨機的公轉速度為300-800轉/分鐘，球磨機的研磨時間為4-48小時。
[0011]作為本方案的優選:輔助劑為三聚氰胺、雙氰胺、萘中的一種或自由組合。
[0012]作為本方案的優選:含氧氣體為氧氣或空氣或惰性氣體與氧氣的混合氣體。
[0013]作為本方案的優選:碳材料為活性炭或石墨或碳纖維或碳納米管或炭黑;所述光源的波長為200-2500nmo
[0014]本方案的有益效果可根據對上述方案的敘述得知，由于該方案運用球磨對碳材料進行粒徑降級、減層及T12改性處理，利用T12在光照下催化氧氣生成強氧化基團的性能將處理后的碳材料氧化為氣體，能夠起到反應條件溫和、能耗低、操作安全度高且利于其上附著物(如催化劑、核素等)的回收的效果。
[0015]經實際測定，本發明獲得的碳材料消解速率最大可達0.103克/小時，核素回收率可達95%。本發明用于碳材料后處理，特別是放射性污染碳材料的后處理，有效地擬制了放射性氣溶膠的生成，極大地提升了處理過程的安全度，并且實現了碳材料上附著核素的有效回收。
[0016]由此可見，本發明與現有技術相比，具有實質性特點和進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。
【具體實施方式】
[0017]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0018]本說明書(包括任何附加權利要求、摘要)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0019]實施例1
將帶有核素的天然鱗片石墨、T12粉末、三聚氰胺按重量比1:2:3混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨機以600轉/分鐘的公轉速度研磨12小時，取I克得到的粉末與水按重量比1:100混合，以60毫升/分鐘的流量向液體中通入空氣，用汞燈持續照射液體。6小時后測定天然鱗片石墨的消解率為53%，平均消解速率為0.088克/小時，核素的回收率為95%。
[0020]實施例2
將活性炭、T12粉末、三聚氰胺按重量比1:2:3混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨機以600轉/分鐘的公轉速度研磨12小時，取I克得到的粉末與水按重量比1:100混合，以60毫升/分鐘的流量向液體中通入空氣，用汞燈持續照射液體。6小時后測定活性炭的消解率為62%，平均消解速率為0.103克/小時。
[0021]實施例3 將碳纖維、T12粉末、三聚氰胺按重量比1:2:3混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨機以600轉/分鐘的公轉速度研磨12小時，取I克得到的粉末與水按重量比1:100混合，以60毫升/分鐘的流量向液體中通入空氣，用汞燈持續照射液體。6小時后測定碳纖維的消解率為45%，平均消解速率為0.075克/小時。
[0022]實施例4
將碳納米管、T12粉末、三聚氰胺按重量比1:2:3混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨機以600轉/分鐘的公轉速度研磨12小時，取I克得到的粉末與水按重量比1:100混合，以60毫升/分鐘的流量向液體中通入空氣，用汞燈持續照射液體。6小時后測定碳納米管的消解率為26%，平均消解速率為0.043克/小時。
[0023]實施例5
將天然鱗片石墨、T12粉末按重量比1:2混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨機以600轉/分鐘的公轉速度研磨12小時，取I克得到的粉末與水按重量比1:100混合，以60毫升/分鐘的流量向液體中通入空氣，用汞燈持續照射液體。6小時后測定天然鱗片石墨的消解率為21%，平均消解速率為0.035克/小時。
[0024]實施例6
將天然鱗片石墨、T12粉末、萘按重量比1:2:3混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨機以600轉/分鐘的公轉速度研磨12小時，取I克得到的粉末與水按重量比1:100混合，以60毫升/分鐘的流量向液體中通入空氣，用汞燈持續照射液體。6小時后測定碳納米管的消解率為25%，平均消解速率為0.042克/小時。
[0025]實施例7
將天然鱗片石墨、T12粉末、三聚氰胺按重量比1:2:3混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨機以600轉/分鐘的公轉速度研磨12小時，取I克得到的粉末與水按重量比1:100混合，以60毫升/分鐘的流量向液體中通入空氣，用氙燈(功率:300W，可見光區390-770nm輸出:5000Lu)持續照射液體。6小時后測定天然鱗片石墨的消解率為11%，平均消解速率為
0.018克/小時。
[0026]實施例8
將天然鱗片石墨、T12粉末、三聚氰胺按重量比1:0.5:3混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨機以600轉/分鐘的公轉速度研磨12小時，取I克得到的粉末與水按重量比1:100混合，以60毫升/分鐘的流量向液體中通入空氣，用汞燈持續照射液體。6小時后測定天然鱗片石墨的消解率為22%，平均消解速率為0.037克/小時。
[0027]實施例9
將天然鱗片石墨、T12粉末、三聚氰胺按重量比1:2:3混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨機以300轉/分鐘的公轉速度研磨24小時，取I克得到的粉末與水按重量比1:100混合，以60毫升/分鐘的流量向液體中通入空氣，用汞燈持續照射液體。6小時后測定天然鱗片石墨的消解率為19%，平均消解速率為0.032克/小時。
[0028]實施例10
將天然鱗片石墨、T12粉末、三聚氰胺按重量比1:2:3混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨機以600轉/分鐘的公轉速度研磨12小時，取I克得到的粉末與水按重量比1:100混合，以10毫升/分鐘的流量向液體中通入空氣，用汞燈持續照射液體。6小時后測定天然鱗片石墨的消解率為21%，平均消解速率為0.035克/小時。
[0029]實施例11
將天然鱗片石墨、T12粉末、三聚氰胺按重量比1:2:3混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨機以600轉/分鐘的公轉速度研磨12小時，取I克得到的粉末與水按重量比1:1000混合，以60毫升/分鐘的流量向液體中通入空氣，用汞燈持續照射液體。6小時后測定天然鱗片石墨的消解率為37%，平均消解速率為0.062克/小時。
[0030]本發明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權項】
1.一種碳材料的光催化消解方法，其特征是:包括有以下步驟: a.制備T12改性的碳材料: 使用行星式球磨機以固定的球磨公轉速度研磨碳材料、T12粉末的混合物，得到粉末狀的T12改性的碳材料； b.光催化消解T12改性的碳材料: 將步驟a中制備完成的T12改性的碳材料與水混合，向液體中以固定流量持續通入含氧氣體，用光源照射液體，直至將T12改性的碳材料轉變為氣體。2.根據權利要求1所述的一種碳材料的光催化消解方法，其特征是:所述步驟a中，碳材料、T12粉末的組分按重量份計為:碳材料I份、T12粉末0.5-5份。3.根據權利要求1或2所述的一種碳材料的光催化消解方法，其特征是:所述步驟a中，制備T12改性的碳材料時能夠加入輔助劑與碳材料、T12粉末的混合物共同研磨;碳材料、T12粉末、輔助劑的組分按重量份計為:碳材料I份、T12粉末0.5-5份、輔助劑0.1-5份。4.根據權利要求1所述的一種碳材料的光催化消解方法，其特征是:所述步驟b中，T12改性的碳材料與水的組分按重量份計為:T12改性的碳材料I份、水50-1000份。5.根據權利要求1所述的一種碳材料的光催化消解方法，其特征是:所述步驟a中，行星式球磨機的球磨公轉速度為300-800轉/分鐘，球磨機的研磨時間為4-48小時。6.根據權利要求3所述的一種碳材料的光催化消解方法，其特征是:所述輔助劑為三聚氰胺、雙氰胺、萘中的一種或自由組合。7.根據權利要求1所述的一種碳材料的光催化消解方法，其特征是:所述含氧氣體為氧氣或空氣或惰性氣體與氧氣的混合氣體。8.根據權利要求1所述的一種碳材料的光催化消解方法，其特征是:所述碳材料為活性炭或石墨或碳纖維或碳納米管或炭黑;所述光源的波長為200-2500nm。
【文檔編號】G21F9/30GK106057266SQ201610339633
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】龐敏, 陳曉謀, 唐燦, 牟濤, 劉艷, 萬小崗, 張灝, 習成成, 桑培倫, 曾甯, 蘇偉
【申請人】中國工程物理研究院材料研究所