多孔固体介质的电动去污方法

专利名称:多孔固体介质的电动去污方法
技术领域：
本发明涉及一种多孔固体介质的电动去污方法。
技术背景
具有水泥基体的材料因其复合性质而具有不容忽视的开孔率。
因此，当进入核设施结构中的具有水泥基体的材料需要与溶液中的放射性元素 (液体或气体形式)接触时，发现这些材料的深处会被这些放射性元素污染，这些放射性元素在这些材料中扩散，并且可能寄居在距材料表面数厘米处。
在这种情况下，表面去污处理对于去除这些放射性元素完全无效。
在近二十年间，已经开发出使钢筋混凝土脱氯和再碱化的方法，来限制特别是存在于海洋环境中的氯化物对这些混凝土内部框架的腐蚀，从而保证土木工程结构的耐久性。
如果用于预防或治疗目的，那么这些方法由以下步骤组成提取已经扩散到混凝土中的氯化物，和通过将碱性物质扩散到混凝土中，将此混凝土的填隙液的PH值保持或恢复到超过11的值。
氯化物的提取以及碱性物质到混凝土中的扩散都是通过在钢筋混凝土的内部框架与临时加到混凝土表层上的外部电极之间施加电流来实现，其中钢筋混凝土的内部框架起到了阴极的作用，而外部电极则起到阳极的作用。
外部电极与混凝土表层之间的电连续性通过电解液来确保，而所述电解液也用于收集从混凝土提取出来的氯离子，并且提供打算扩散到混凝土中的碱性物质。
考虑到土木工程结构通常具有复杂的构造，这一电解液常常是有机性的潮湿浆料，例如欧洲专利申请公开案第0 398 117号(ΕΡ-Α-0 398 117)中所述的浆料，其为纤维素纤维与碱性溶液的混合物，并在混凝土表层上沉积成一个厚度为5到IOcm的层。通过测量混凝土内部框架与外部电极之间的电阻，有可能评定由浆料中的水蒸发而引起的浆料干燥程度，并预测须用碱性溶液再润湿纤维素纤维的频率(平均每2天或3天一次)。
其它使钢筋混凝土再生的方法由在混凝土表层上长时间施用活性修补砂浆组成，所述活性修补砂浆是由带碱离子的水硬粘合剂和金属骨料组成。
在法国专利申请公开案第2 770 839号(FR-A-2 770 839)中发现和描述的此类方法中，水硬粘合剂用作导电浆料，而金属骨料起到电极的作用。
这一系统的操作无需提供任何外部电流。事实上，由混凝土内部框架与金属骨料形成的对在导电浆料中形成氧化还原对，由此产生的电流自发加偏压到此框架和这些骨料，并且这一偏压会因浆料的相对湿度、砂浆离子的储备和金属电荷的消耗而得到维持。环境湿度足以再润湿导电浆料。
上述方法不能改换成对进入核设施结构的具有水泥基体的材料的去污。
事实上，如EP-A-O 398 117中所述使用有机性电解液将导致回收有机介质中的污染物，这对于处理有机材料的浓度阈值极低的核废料的系统完全不合适。
3[0015]对于如FR-A-2 770 839中所述使用活性修补砂浆，为了回收污染物，所述活性修补砂浆需要应用剥皮技术，而在核领域中，这些技术难以应用，并且会产生大量的废料。

发明内容
因此，本发明者设定了一个目标，即提供一种特别适于对进入核设施结构中的具有水泥基体的材料去污的方法，主要原因在于，这种方法除了极有效地提取这些材料中的污染物、尤其放射性元素外，还能够容易地回收这些污染物，并使其呈适于进入供处理和整理核废料的一个系统的废料形式。
本发明者还设定了一个目标，即此方法应易于应用，而且不管需去污的材料的构造和布置如何，结束时都能产生体积尽可能小的废料。
这些目的和其它目的可借助本发明实现，本发明提出一种多孔固体介质的电动去污方法，其包含
a)将此固体介质中存在的污染物质提取到电解液中，所述电解液基本上是无机凝胶，这一提取步骤是通过在位于固体介质表面和/或固体介质内部的两个电极之间施加电流来实现，且通过一层凝胶确保这些电极中至少一者与所述固体介质接触；
b)将含有由此提取的污染物质的凝胶干燥，直到获得破碎的干燥残余物，和
c)将由此获得的干燥残余物从所述固体介质上去除。
上文和下文所述的“基本上是无机凝胶”是指以质量计，凝胶中所含有机材料不超过10 %，优选不超过5 %，理想地，不超过3 %。
根据本发明，此凝胶可包含分散于以质量计的60 %到90 %呈碱性pH的水相中，以质量计的10%到40%无机或矿物质稠化剂。
无机稠化剂的功能一方面是使凝胶粘附于表面上(无论构造和布置如何)，而另一方面是使凝胶在干燥时形成破碎的干燥残余物，并易于从此表面分离，其优选为氧化铝或者氧化铝与二氧化硅的混合物，在相同温度和湿度测定条件下，凝胶中存在二氧化硅确实具有使此凝胶的干燥速率相比不存在二氧化硅的情形有所降低的优点。
可用于本发明中的氧化铝是煅烧氧化铝、粉碎的煅烧氧化铝和热形成的 (pyrogenated)氧化铝，例如DE⑶SSAAG公司以商品名 Aeroxil (Alu C,Alu 65,Alu 130 等等)销售的氧化铝，以及CABOT公司以商品名SpectrAI (51,81或ioo)销售的氧化
ρ O
但在这些氧化铝中，优选热形成的氧化铝，特别是氧化铝Aeroxil Alu C，其BET 比表面积为100m2/g。
就二氧化硅而言，其可以是亲水性、疏水性、沉淀二氧化硅，例如RHODIA公司的二氧化硅Tixosil (38、73等等)，也可以是热形成的二氧化硅，例如DE⑶SSA AG公司以商品名Aerosil 销售的二氧化硅，以及CABOT公司以商品名Cab-o- Sil (M5、H5、EH5等
等)销售的二氧化硅。
但在这些二氧化硅中，优选热形成的二氧化硅，特别是二氧化硅Aerosil 380， 其BET比表面积为380m2/g。
根据本发明，不管是否含有二氧化硅，稠化剂在凝胶中所占比例以质量计优选都不超过30%，由此使此凝胶在20°C到30°C温度和20%到70%相对湿度下具有相对较长的干燥时间，即实际上数天。
当凝胶含有二氧化硅时，二氧化硅在稠化剂中所占比例以质量计宜不超过5 %，不超过甚至更好。
如先前所述，凝胶的水相呈碱性，凝胶中碱的存在实际上具有增加此凝胶的导电性的益处，并且在若干多孔固体介质(例如具有水泥基体的材料)情况下，还能保持和/或恢复这些介质中与凝胶接触的部分的PH值，从而避免在步骤a)期间发生对凝胶完整性不利并因而损及去污产率的酸碱反应。
此水相优选为无机碱溶液，在此情况下，无机碱宜选自苏打、苛性钾、氢氧化钙、碳酸钾、碳酸钠及其混合物，甚至更宜选自苏打和苛性钾，其自身的吸湿性也有助于降低凝胶的干燥速率。
不管使用何种碱，水相中存在的碱的浓度优选为每升水相至少3mol，甚至更优选为每升水相至少5mol，经证实，浓度为5到lOmol/L特别适用。
根据本发明，凝胶可另外包含高吸水性聚合物，以便利在步骤a)期间再润湿此凝胶。
这一聚合物可特别选自ARKEMA公司以商品名Aquakeep 和Norsocryl 销售
的高吸水性聚合物，以及这些聚合物的混合物，其在凝胶中所占比例以质量计优选不超过1%。
凝胶可另外包含表面活性剂，优选非离子型表面活性剂，以便赋予其流变特性，从而使其易于(例如用喷枪)喷射到墙壁或支柱类型的垂直表面上，或者甚至是喷射到天花板类型的水平表面上，而不会引起任何流散的风险。在凝胶中存在表面活性剂的情况下，也可能控制在步骤b)结束时获得的干燥残余物相对于发现其的表面的粘附性，并且控制凝胶破碎所产生的片段的尺寸。
这一表面活性剂可特别选自IFRACHIMIE公司以商品名Ifralan 销售和BASF公司以商品名Pluronic 销售的顺序共聚物(sequenced copolymer)，以及这些共聚物的混合物，其在凝胶中所占比例以质量计优选不超过5 %，甚至更优选不超过2 %。
根据本发明方法的第一实施例，多孔固体介质包含导电的内部框架，一个电极是由此框架或此框架的一部分形成，而另一电极是由施用于多孔固体介质的表面上或植入此介质中的导电部件形成，在这种情况下，凝胶层只确保所述部件与所述介质接触。
根据本发明方法的另一实施例，两个电极是由施用于多孔固体介质的两个不同表面上的导电部件形成，在这种情况下，凝胶层确保这些部件中每一者都与介质接触。
根据本发明方法的又一实施例，两个电极是由植入多孔固体介质中的两个导电部件形成，在这种情况下，凝胶层确保每一部件都与此介质接触。
在每一种情况下，凝胶层的厚度都优选为0. 5到2cm，甚至更优选为1到2cm，以便进一步降低凝胶的干燥速率，实际经验显示，在相同温度和湿度测定条件下，由于凝胶沉积形成的层变薄，使得凝胶完全干燥加快。
此外，电极上和/或多孔固体介质上凝胶层的沉积可以利用极为常见的方法进行，例如喷射法，如用喷枪喷射，或者借助于漆刷或砂浆板施用。
鉴于凝胶干燥是以其导电性降低表示，步骤a)可包含一个或一个以上操作，这些操作由利用电解溶液(优选该电解溶液的组成与此凝胶的水相相同)再润湿凝胶以使此凝胶的导电性恢复到其初始值所组成。但优选对凝胶的配方加以选择，以避免或至少限制这些操作的次数。
步骤b)中提供的凝胶干燥可以是自然的，即，通过使此凝胶的水相与环境空气接触而引起蒸发来进行干燥，或者是强迫的，即，通过提供红外加热型热源，同时不提供任何风扇来进行干燥。在每一种情况下，这一干燥都应进行到获得的干燥残余物破碎为止，通常是破碎成毫米尺寸的小片。
随后可例如通过刷子刷和/或抽吸，来容易地去除由此得到的干燥残余物。
本发明方法具有许多益处。具体点说
能够从多孔固体介质中极为有效地提取出在此介质深处发现的污染物质；
能够很容易地回收这些污染物质；
施用简单，主要原因在于，这种方法使用了电解液，其一方面易于由市售化学品制备，另一方面使用也很方便，不管须处理的多孔固体介质的构造和布置如何；
最后，由于本发明方法产生的废料体积小且具有矿物质性质，故适于进入供处理和整理核废料的一个系统中，而且此过程无需经历任何预处理。
因此，本发明方法特别适于从进入核设施结构中的具有水泥基体的材料中去除污染，特别是放射性元素(锕系和镧系元素)，例如铯。
本发明提供的方法是基于通过在位于介质表面和/或植入此介质中的两个电极之间施加电场，强迫污染物朝向这两个电极中的一个电极迁移(对于阳离子性物质和大部分中性有机或有机金属化合物，朝向阴极迁移；而对于阴离子性物质，朝向阳极迁移)，利用该方法，有可能极为有效地从具有混凝土或砂浆型水泥基体的材料中去除存在于这些材料深处的生态型和放射性化学物质(锕系和镧系元素)。
因此，其特别适用于军事或工业设施，尤其核设施的拆除，或修复因设施中活动的性质而可能已经受到例如重金属或放射性金属等生态型化学物质污染的设施。
然而，本发明方法也可用于在排放到海洋环境中之前，清除掉具有水泥基体的材料外的多孔固体介质的污染，例如地质土壤、沉积物(如港口沉积物)，或者疏浚污泥。
在参照附图阅读了下述补充描述后，将更加了解本发明的其它益处和特征。
很明显，这一补充描述只是用于说明本发明的标的，而决不应解释为限制此标的。


图1是本发明方法步骤a)的第一实施例的示意图。
图2是本发明方法步骤a)的第二实施例的示意图。
图3是本发明方法步骤a)的第三实施例的示意图。
图4是说明凝胶水相中存在苏打或苛性钾对此凝胶的干燥动力学的影响的曲线图。
图5是说明当在电场作用下干燥水相中含有苛性钾的凝胶时电阻和凝胶质量的时间相关性变化的曲线图。
图6是说明凝胶PH对此凝胶的干燥动力学的影响的曲线图。
图7是说明凝胶中二氧化硅的存在对此凝胶的干燥动力学的影响的曲线图。
图8是说明凝胶沉积厚度对此凝胶的干燥动力学的影响的曲线图。[0065]图9是说明当将凝胶用作砂浆去污的电解液时观察到的此凝胶中铯含量的时间相关性变化的曲线图。
具体实施方式
首先参看图1到图3，这些图是说明本发明方法步骤a)的三个不同实施例的示意图。步骤a)为将固体介质中存在的污染物质提取到电解液中。所述电解液基本上是无机凝胶。这一提取步骤是通过在位于固体介质表面和/或固体介质内部的两个电极之间施加电流来实现，且通过一层凝胶确保这些电极中至少一者与所述固体介质接触。
上文和下文所述的“基本上是无机凝胶”是指以质量计，凝胶中所含有机材料不超过10 %，优选不超过5 %，理想地，不超过3 %。
如图1所示，第一实施例可用于对多孔固体介质10去污。多孔固体介质10包含导电内部框架11和自由表面12。导电内部框架11能够起到电极的作用，并且导电内部框架11的一部分已经制成可极化。自由表面12实质上平行于此框架。
固体介质10例如是一块钢筋混凝土或一块砂浆。
在此情况下，于此先定义凝胶层13，凝胶层13通常厚度为0.5到2cm。将先前定义的凝胶层13施用于表面12上。例如，通过喷涂(如用喷枪喷射)、用漆刷或砂浆板将凝胶层13施用于表面12上。接下来，用导电部件14覆盖凝胶层13。在此，导电部件14是覆盖在凝胶层13相对于表面12的另一侧表面上。这一导电部件14也能够起到电极的作用。
在操作条件下，凝胶层13具有两个功能一方面，是确保多孔固体介质10的表面 12与导电部件14之间的电连续性；另一方面，是在施加于内部框架11与导电部件14之间的电流的作用下，收集和截留朝向此电部部件14迁移的污染物质。
再者，凝胶(凝胶层13)可包含分散于以质量计的60%到90%呈碱性pH的水相中，以质量计的10%到40%无机或矿物质稠化剂。
无机稠化剂的功能一方面是使凝胶粘附于表面上(无论构造和布置如何)，而另一方面是使凝胶在干燥时形成破碎的干燥残余物，并易于从此表面分离，其优选为氧化铝或者氧化铝与二氧化硅的混合物，在相同温度和湿度测定条件下，凝胶中存在二氧化硅确实具有使此凝胶的干燥速率相比不存在二氧化硅的情形有所降低的优点。
可使用于的氧化铝可是煅烧氧化铝、粉碎的煅烧氧化铝和热解氧化铝，例如 DE⑶SSAAG公司以商品名Aeroxil (Alu C、Alu 65、Alu 130等等)销售的氧化铝，以及 CABOT公司以商品名SpectrAI (51、81或100)销售的氧化铝。
但在这些氧化铝中，优选热解氧化铝，特别是氧化铝Aeroxil Alu C，其BET比表面积为100m2/g。
就二氧化硅而言，其可以是亲水性、疏水性、沉淀二氧化硅，例如RHODIA公司的二氧化硅Tixosil (38、73等等)，也可以是热解二氧化硅，例如DE⑶SSA AG公司以商品名 Aerosil 销售的二氧化硅，以及CABOT公司以商品名Cab-o- Sil (M5、H5、EH5等等)销
售的二氧化硅。
但在这些二氧化硅中，优选热解二氧化硅，特别是二氧化硅Aerosil 380，其BET 比表面积为380m2/g。
7[0078]根据本发明，不管是否含有二氧化硅，稠化剂在凝胶中所占比例以质量计优选都不超过30%，由此使此凝胶在20°C到30°C温度和20%到70%相对湿度下具有相对较长的干燥时间，即实际上数天。
当凝胶含有二氧化硅时，二氧化硅在稠化剂中所占比例以质量计宜不超过5 %，不超过甚至更好。
如先前所述，凝胶的水相呈碱性，凝胶中碱的存在实际上具有增加此凝胶的导电性的益处，并且在若干多孔固体介质(例如具有水泥基体的材料)情况下，还能保持和/或恢复这些介质中与凝胶接触的部分的PH值，从而避免在步骤a)期间发生对凝胶完整性不利并因而损及去污产率的酸碱反应。
此水相优选为无机碱溶液，在此情况下，无机碱宜选自苏打、苛性钾、氢氧化钙、碳酸钾、碳酸钠及其混合物，甚至更宜选自苏打和苛性钾，其自身的吸湿性也有助于降低凝胶的干燥速率。
不管使用何种碱，水相中存在的碱的浓度优选为每升水相至少3mol，甚至更优选为每升水相至少5mol，经证实，浓度为5到lOmol/L特别适用。
根据本发明，凝胶可另外包含高吸水性聚合物，以便利在步骤a)期间再润湿此凝胶。
这一聚合物可特别选自ARKEMA公司以商品名Aquakeep 和Norsocryl 销售
的高吸水性聚合物，以及这些聚合物的混合物，其在凝胶中所占比例以质量计优选不超过1%。
凝胶可另外包含表面活性剂，优选非离子型表面活性剂，以便赋予其流变特性，从而使其易于(例如用喷枪)喷射到墙壁或支柱类型的垂直表面上，或者甚至是喷射到天花板类型的水平表面上，而不会引起任何流散的风险。在凝胶中存在表面活性剂的情况下，也可能控制在步骤b)结束时获得的干燥残余物相对于发现其的表面的粘附性，并且控制凝胶破碎所产生的片段的尺寸。
这一表面活性剂可特别选自IFRACHIMIE公司以商品名Ifralan 销售和BASF公司以商品名Pluronic 销售的顺序共聚物(sequenced copolymer)，以及这些共聚物的混合物，其在凝胶中所占比例以质量计优选不超过5 %，甚至更优选不超过2 %。
如从图1中可以看出，优选地，导电部件14具有贯穿其上的孔15，以便使操作人员能够看到凝胶层13，并且必要时，允许操作人员在操作条件下透过这些孔来容易地再润湿此凝胶层13。前述的操作条件例如通过喷射电解溶液。其中，电解溶液的组成典型地与凝胶层13的水相相同。
另外，导电部件14通常是带有例如不锈钢、钼、钛等材质的金属网格的板。
通过实现根据图1中所说明实施例的步骤a)对多孔固体介质10去污特别容易。
事实上，将内部框架11和导电部件14连接到电源16足以加偏压到此框架和此部件(一个是阳极而另一个是阴极)，由此开始电动去污处理。
当然，这一偏压应根据打算从多孔固体介质10中提取出的污染物质而适当地选择。
因此，如果打算从多孔固体介质10提取的污染物质是阳离子性物质(带正电荷)， 例如重金属和放射性元素，那么内部框架11受偏压作为阳极，而导电部件14受偏压作为阴极。放射性元素例如锕系和镧系元素，例如铯。
另一方面，如果打算从多孔固体介质10提取的污染物质是阴离子性物质(带负电荷)，例如氯离子、氟离子和硫离子，那么内部框架11受偏压作为阴极，而导电部件14受偏压作为阳极。
施加到内部框架11和导电元件14的电流可以是直流或脉冲电流。优选地，内部框架的电流密度不应超过5A/m2，以避免发生任何材料降解。
凝胶(凝胶层13)的干燥情况不仅可以借助导电部件14的孔15得到直观了解， 而且还可以通过跟踪测量两个电极(内部框架11/导电部件14)端子的电阻来了解。
此电阻明显增加表示凝胶干燥，并因此凝胶导电性不足。利用透过孔15喷射电解溶液，则有可能使凝胶的导电性恢复到其初始值。
当达到去污要求时，或当凝胶中污染物质饱和时，使凝胶层13干燥，直到得到破碎的干燥残余物。通常，干燥残余物是破碎成毫米尺寸的小片。在此，使用的干燥方式可以是自然干燥(通过使凝胶水相与环境空气接触来进行简单蒸发)或强迫干燥(通过提供红外加热型热源)。
在去除导电部件14后，接着可例如通过用刷子刷此表面12，和/或通过抽吸干燥残余物，从表面12上容易地去除此干燥残余物。
举个例子，为了去除钢筋混凝土块中放射性元素引起的污染，可使用丝网作为内部框架。此丝网具有介于3. 5cm与4cm之间的筛孔，由测量直径为8mm的铁棒形成、且借助铁丝在各节点上连接在一起而形成。于此例子
-此钢筋混凝土块的内部框架作为阳极；
-一层2cm厚的凝胶(以下称凝胶层)作为电解液，且此凝胶层以质量计包含 23. 7%氧化铝Aeroxil Alu C、二氧化硅Aerosil 380和5M苛性钾溶液；
-钛板作为阴极，且此钛板具有贯穿钛板而形成测量直径为8mm的圆孔，且彼此之间间隔3mm，和
-内部框架的平均电流密度为2A/m2。
现参看图2，其示意性说明了本发明方法步骤a)的第二个实施例，这一实施例与先前一个实施例的唯一不同之处在于，施加电流至多孔固体介质20所需的两个电极(25和 26)都是外加到此固体介质20上的。
第二个实施例通常用于对多孔固体介质20去污，这一固体介质20不含任何导电内部框架，而是包含两个相对的自由表面21和22。在这两个自由表面21和22上可分别外加两个适于起到电极作用的导电元件25和26。
此固体介质例如是一块非钢筋混凝土或一块砂浆。
在此情况下，将如同前文定义的凝胶层23和M施加到各自对应的表面21和22 上，随后，凝胶层23和M中每一者用各自对应的导电元件25和沈覆盖。
为了与于前文所提到针对图1中所示的导电元件14同样的原因，这些导电元件25 和沈优选地具有贯穿其而形成的孔27。
通过进行根据本实施例的步骤a)来对多孔固体介质去污的原理与图1中所说明的实施例相同，但其利用了两个导电元件25和沈的可极性，使得可选择加偏压到这些的元件25和沈，而使其中一个作为阳极而另一个作为阴极，不依赖于从此固体介质20提取的污染物质的带电情况。
再参看图3，其示意性说明了本发明方法的步骤a)的第三个实施例。
第三个实施例通常可用于对下述的固体介质30去污
*多孔固体介质30，其不含任何导电内部框架，而且也不具有可附接导电元件的两个自由表面，例如地质土壤；
*或者多孔固体介质30的非常小范围的区域，例如在偶然污染后，且不管此介质是否包含导电内部框架；
*又或者多孔固体介质30的一个区域，其包含导电内部框架，但其中污染的深度超过此导电内部框架的涂层的厚度。
在每一种情况下，将两个烛形电极31和32植入多孔固体介质30中，任选地，分别植入至在出于此目的而，例如借助于钻芯(corings)，事先布置的二容座(housings)中，同时位于固体介质3须去污的区域的任二侧上。
通过凝胶层33和34确保电极31和32与包围这两个电极31和32的多孔固体介质30之间的电连续性。这两个凝胶层33和34是在电极31和32植入之前沉积到电极31 和32的表面上，或是沉积到准备来接收这些电极31和32的容座的壁上。
进行根据本实施例的步骤a)来对多孔固体介质去污的原理与图2中所说明实施例相同，但干燥和去除凝胶(干燥残余物)的步骤是在已经从固体介质中去除电极之后进行。
实验结果
以下实例中所用的凝胶都是使用相同的程序制备。
所述程序由以下步骤组成将稠化剂(Aeroxil Alu C，或Aeroxil Alu C氧化铝与Aerosil 380 二氧化硅的混合物)倒入水中，或者必要时倒入在机械搅拌(搅拌速率介于600与SOOrpm之间)下的苏打或苛性钾溶液中，以及持续搅拌由此得到的混合物 2到5分钟，由此获得均勻凝胶。
实例1
本实例讨论若干参数对在本发明方法中用作电解液的凝胶的干燥动力学的影响。
*在凝胶的水相中存在苏打或苛性钾的影响
图4以曲线形式说明了三种凝胶的干燥动力学(S卩，质量损失率与干燥时间的关系)，这三种凝胶在下文中分别称为凝胶A、B和C，其包含
-凝胶A以质量计，23. 7% Aeroxil Alu C氧化铝和76. 3%水；
-凝胶B 以质量计，23. 7 % Aeroxil Alu C 氧化铝和 76. 3 % 5M KOH 溶液；
-凝胶C 以质量计，23. 7% Aeroxil Alu C 氧化铝和 76. 3% 5M NaOH 溶液。
获得的这些干燥动力学都是针对在22°C和60%相对湿度下厚度为2mm的凝胶层。
如图4中所示，凝胶的干燥速率因此凝胶水相中苏打或苛性钾的存在而明显降低。
事实上，由于这些碱具有吸湿性，使得蒸发凝胶水相的过程与由所述水相中存在苏打或苛性钾引起的水再吸收过程之间出现竞争，从而有可能延缓获得表示凝胶中所含自由水完全消除的稳定状态。
因此，其水相含有苛性钾或苏打的凝胶传导电流的时间比其水相仅由水形成的凝胶长。
通过在22°C和60%相对湿度下，于8mA电场强度作用下，干燥厚度为2mm的凝胶层B，并跟踪测量电阻和这些层的质量随时间的变化，尤其确定了这一点。
事实上，如图5中所示，其显示了此实验的结果，即凝胶电阻且因此其导电性被证实在干燥期间极为稳定。
这一点特别值得关注，因为只要凝胶没有完全干燥，就能保证均一的操作条件。
*凝胶pH值的影响
图6以曲线形式说明了四种凝胶的干燥动力学，这四种凝胶在下文中分别称为凝胶D、E、F和G，其包含
-凝胶D 以质量计，23. 7% Aeroxil Alu C 氧化铝和 76. 3% IM NaOH 溶液；
-凝胶E 以质量计，23. 7% Aeroxil Alu C 氧化铝和 76. 3% 5M NaOH 溶液；
-凝胶F 以质量计，23. 7 % Aeroxil Alu C 氧化铝和 76. 3 % IOM NaOH 溶液；
-凝胶G 以质量计，23. 7% Aeroxil Alu C 氧化铝和 76. 3% IOM KOH 溶液。
获得的这些干燥动力学都是针对在22°C和60%相对湿度下厚度为2mm的凝胶层。
图6显示
-一方面，对于指定的碱，凝胶干燥速率始终较慢，因为此碱的浓度较高，以及
-另一方面，可能通过作用于凝胶的碱度来调节此凝胶的干燥速率，并使此速率尽可能适应去污处理的持续时间。
因此，对于具有水泥基体的材料的去污(其中提取动力学持续数周，通常2到4 周)，将优选使用具有极高苏打或苛性钾浓度的凝胶，以便尽可能地限制再润湿此凝胶的操作次数。
*凝胶中存在二氧化硅的影响
图7以曲线形式说明了两种凝胶的干燥动力学，这两种凝胶在下文中分别称为凝胶I和J，其包含
-凝胶I以质量计，23. 7% Aeroxil Alu C氧化铝和76. 3%水；
-凝胶J 以质量计，23. 5% Aeroxil AlU C 氧化铝、Aerosil 380 和
75.5%水。
获得的这些干燥动力学都是针对在22°C和60%相对湿度下厚度为2mm的凝胶层。
本图显示，凝胶中存在二氧化硅也有助于降低此凝胶的干燥速率。
*凝胶沉积厚度的影响
图8以曲线形式说明了针对包含以质量计的23. 7% Aeroxil Alu C氧化铝和
76.3%水且沉积厚度为0. 2cm或1. 5cm的凝胶层所获得的干燥动力学。
这些干燥动力学都是在22°C和60%相对湿度下得到。
本图显示，凝胶层本身的厚度也有助于降低此凝胶的干燥速率。
实例2:
进行有关对经铯污染的砂浆去污的测试
-根据图1中所说明的实施例，利用下述组成之凝胶提取砂浆中的铯；
-此凝胶包含以质量计的23.5% Aeroxil AlU C氧化铝和76. 3% 5MNa0H溶液， 以及[0160]-在以下参数进行凝胶层沉积有0.5cm的厚度；使用电极為2A/m2 (每平方米2 安培)的电流密度的内部框架的电极；温度为22°C ；相对湿度为60%。
进行260小时提取。在此提取过程的不同时段获取凝胶样品，随后在实验室环境条件下进行自然干燥，并测定其铯和铝含量。
图9显示干燥凝胶中铯含量比铝含量的比率相对于铯提取持续时间的时间相关性变化。
引用的参考文献 [1]ΕΡ-Α-0398 117 [2JFR-A-2770 839
权利要求
1.一种多孔固体介质的电动去污方法，其特征在于，包含a)将固体介质中的污染物质提取到电解液中，其中所述电解液是无机凝胶，所述提取步骤是通过在位于所述固体介质表面和/或所述固体介质内部中的两个电极之间施加电流来实现，且通过所述无机凝胶确保所述电极中至少一个与所述固体介质接触；b)将含有提取到的所述污染物质的所述无机凝胶干燥，直到获得破碎的干燥残余物；和c)将由步骤b)中所述干燥步骤获得的所述干燥残余物从所述固体介质上去除。
2.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于，所述无机凝胶包含分散于以质量计的 60%到90%呈碱性pH的水相中，以质量计的10%到40%无机稠化剂。
3.根据权利要求
2所述的方法，其特征在于，所述无机稠化剂为氧化铝或者氧化铝与二氧化硅的混合物。
4.根据权利要求
3所述的方法，其特征在于，所述无机稠化剂为热形成的氧化铝或者热形成的氧化铝与二氧化硅的混合物。
5.根据权利要求
2至4所述的方法，其特征在于，所述无机稠化剂在所述无机凝胶中所占比例以质量计不超过30%。
6.根据权利要求
2至5所述的方法，其特征在于，所述无机凝胶的无机水相是无机碱溶液，所述无机碱选自苏打、苛性钾、氢氧化钙、碳酸钾、碳酸钠和其混合物。
7.根据权利要求
6所述的方法，其特征在于，所述无机碱为苏打或苛性钾。
8.根据权利要求
6或7所述的方法，其特征在于，所述水相中存在的所述无机碱的浓度为每升水相至少3mol。
9.根据权利要求
2至8所述的方法，其特征在于，所述凝胶另外包含高吸水性聚合物和 /或表面活性剂。
10.根据权利要求
1至9所述的方法，其特征在于，所述多孔固体介质包含导电内部框架，所述电极其中一个是由所述导电内部框架或所述导电内部框架的一部分形成，而所述电极其中另一个是由施用于所述多孔固体介质的表面上或植入所述多孔固体介质中的导电元件形成，且所述无机凝胶只确保所述导电元件与所述多孔固体介质的接触。
11.根据权利要求
1至9所述的方法，其特征在于，所述电极由施用于所述多孔固体介质的两个不同表面上的两个导电元件形成，且所述凝胶确保所述导电元件中每一者与所述多孔固体介质的接触。
12.根据权利要求
1至9所述的方法，其特征在于，所述电极由植入所述多孔固体介质中的两个导电元件形成，且所述无机凝胶确保所述导电元件中每一者与所述多孔固体介质的接触。
13.根据前述权利要求
中任一权利要求
所述的方法，其特征在于，所述无机凝胶的厚度为 0. 5cm 到 2cm。
14.根据前述权利要求
中任一权利要求
所述的方法，其特征在于，所述多孔固体介质是具有水泥基体的材料。
15.根据前述权利要求
中任一权利要求
所述的方法，其特征在于，所述污染物质是放射性元素。
专利摘要
一种多孔固体介质的电动去污方法包含a)将固体介质中存在的污染物质提取到电解液中，电解液基本上是无机凝胶，提取是通过在位于固体介质表面和/或内部中的两个电极之间施加电流来实现，凝胶确保这些电极中至少一者与固体介质接触；b)将含有由此提取的污染物质的凝胶干燥，直到获得破碎的干燥残余物，和c)将由此获得的干燥残余物从固体介质上去除。其可应用于具有水泥基体的材料的去污，特别适用于军事或工业设施，尤其核设施的拆除，或可能已经受到生态型或放射性化学物质污染的设施的修复；清除地质土壤、沉积物和污泥的污染。
文档编号G21F9/30GKCN102171165SQ200980139167
公开日2011年8月31日 申请日期2009年10月1日
发明者弗雷德里克·屈埃, 阿克塞尔·德纳代 申请人:原子能与替代能源委员会导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan