一种无机辐射防护材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及防辐射材料技术领域，特别是涉及一种无机辐射防护材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着核科学与技术的快速发展，涉核活动及操作日趋频繁，需要采取有效措施防护辐射环境中的高能射线，尤其是同时含有中子与伽马射线的混合辐射场，确保作业人员生命安全及设备正常运行。如果暴露于这些辐射中，就会对生物体产生慢性、致癌和致突变性的健康影响。特别是，伽马射线和中子流在各种射线中具有最强的渗透性和危害特性。通常用于屏蔽高能伽马射线的材料是铅和其他高原子序数元素，这可以增强光电和康普顿效应，并促进伽玛射线的衰减。同时，由于高中子吸收截面，低原子序数元素(例如H，Li和B)可以提高中子屏蔽材料的性能。单独使用低原子数或高原子数的物质并不能够屏蔽这两种射线，需要由轻重元素组成的屏蔽材料来应对复杂辐射环境。

目前使用的辐射材料多为机械性能优良的高密度混凝土及金属合金材料，这些材料在使用过程中出现许多问题，如不宜搬运、力学性能差、质量大和体积大等。而针对于柔性高分子材料，单纯的多氢高分子材料，无法应对复杂的辐射环境，添加具有射线吸收功能的材料是必经之路。在许多中子伽马共同屏蔽材料中，多使用轻元素化合物去吸收中子，重金属及其化合物其屏蔽衰减伽马射线。但是，由于密度，体积和质量等的差异，这些功能填料在加入高分子基体中时，可能出现明显的分层。导致材料分布的不均匀，影响复合材料的力学性能和射线屏蔽性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种新型无机辐射防护材料及其制备方法与应用。所制备的新型无机辐射防护材料具有对中子以及γ射线都有良好的核辐射屏蔽性能、并且轻便、实用性强、环保。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种无机辐射防护材料的制备方法包括以下步骤：将稀土溶液加入到膨润土悬浮液中，搅拌，静置，离心，干燥。

进一步地，所述稀土溶液与所述膨润土悬浮液的质量比为1:1-2。

进一步地，所述稀土溶液的制备方法如下：按照质量份数计，将1份的稀土化合物粉末溶于10-20份的水中，30-50℃加热1-4小时，然后自然冷却到室温，得到分散均匀的稀土溶液。

进一步地，所述稀土化合物粉末包括六水合氯化铕粉末、六水合氯化钐粉末或六水合氯化镝粉末中的一种。

进一步地，所述膨润土悬浮液的制备方法如下：

(1)按照质量份计，将0.01份的分散剂六偏磷酸钠，加入到10份的水中，搅拌10分钟；

(2)将1份钠基膨润土加入到步骤(1)所得的溶液中，搅拌2小时，静置4小时，即得到分散均匀的高纯钠基膨润土悬浮液；所述钠基膨润土蒙脱石含量为95％以上。蒙脱石含量越高，膨润土的层状结构就越好，更容易改性。

进一步地，搅拌时间为24-48小时。

进一步地，静置时间为4-8小时。

进一步地，干燥温度为60-100℃。

本发明还提供一种由所述制备方法制备得到的无机辐射防护材料。

本发明还提供所述的无机辐射防护材料在防辐射手套、防护服、防辐射帽中的应用。

本发明公开了以下技术效果：

(1)本发明提供一种新型无机辐射防护材料，是用稀土元素对高纯钠基膨润土改性制成的。在稀土元素中，尤其是铕、钐、镝等稀土元素具有特殊的4f电子层，使其具有很大的中子吸收截面，这些稀土元素与快中子发生弹性碰撞，使其减速，然后由钠基膨润土俘获热中子，并吸收次级γ射线，故此新型无机辐射防护材料可以同时对中子以及γ射线有良好的屏蔽效果。

(2)稀土元素对高纯钠基膨润土的改性主要是通过离子交换，故此新型无机辐射防护材料非常稳定而且均匀性很好，不会出现分层等情况。

(3)本发明的新型无机辐射防护材料，对环境以及动植物都是无害的，非常环保。

(4)本发明的新型无机辐射防护材料，经干燥研磨成粉末状后，可以做成浆料、涂层、砖块等，实用性很强，而且其密度为1-2g/cm

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1制备的新型无机辐射防护材料的电镜图(200μm)；

图2为本发明实施例1制备的新型无机辐射防护材料的电镜图(200nm)。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

实施例1

一种新型无机辐射防护材料的制备方法，包括以下步骤：

制备分散均匀的高纯膨润土悬浮液

(1)按照质量份数，将0.01份的分散剂六偏磷酸钠，加入到10份的水中，搅拌10分钟，待用；

(2)将1份蒙脱石含量为95％以上的钠基膨润土加入到步骤(1)所得的溶液中，搅拌2小时，静置4小时，即得到分散均匀的高纯钠基膨润土悬浮液。

制备新型无机辐射防护材料

(1)按照质量份数，将1份的六水合氯化铕粉末溶于10份的水中，30℃加热1小时，然后自然冷却到室温，得到分散均匀的稀土溶液；

(2)按照质量为1:1的比例，将步骤(1)得到的稀土溶液，缓慢加入到分散均匀的高纯膨润土钠基悬浮液中，持续搅拌24小时后，静置4小时，离心清洗2次，得到清洗干净的固体；

(3)将步骤(2)的产物，涂抹于表面皿上，并在60℃的条件下干燥，干燥后研磨得到稀土改性辐射防护材料，即为新型无机辐射防护材料，密度为1.82g/cm

本实施例制备的新型无机辐射防护材料的电镜图见图1(200μm)和图2(200nm)，由图1和图2可知制备的新型无机辐射防护材料非常稳定而且均匀性很好，未出现分层等情况。

实施例2

一种新型无机辐射防护材料的制备方法，包括以下步骤：

制备分散均匀的高纯膨润土悬浮液

(1)按照质量份数，将0.01份的分散剂六偏磷酸钠，加入到10份的水中，搅拌10分钟，待用；

(2)将1份蒙脱石含量为95％以上的钠基膨润土加入到步骤(1)所得的溶液中，搅拌2小时，静置4小时，即得到分散均匀的高纯钠基膨润土悬浮液。

制备新型无机辐射防护材料

(1)按照质量份数，将1份的六水合氯化铕粉末溶于20份的水中，50℃加热4小时，然后自然冷却到室温，得到分散均匀的稀土溶液；

(2)按照质量为1:2的比例，将步骤(1)得到的稀土溶液，缓慢加入到分散均匀的高纯膨润土钠基悬浮液中，持续搅拌48小时后，静置8小时，离心清洗6次，得到清洗干净的固体；

(3)将步骤(2)的产物，涂抹于表面皿上，并在100℃的条件下干燥，干燥后研磨得到稀土改性辐射防护材料，即为新型无机辐射防护材料，密度为1.54g/cm

实施例3

一种新型无机辐射防护材料的制备方法，包括以下步骤：

制备分散均匀的高纯膨润土悬浮液

(1)按照质量份数，将0.01份的分散剂六偏磷酸钠，加入到10份的水中，搅拌10分钟，待用；

(2)将1份蒙脱石含量为95％以上的钠基膨润土加入到步骤(1)所得的溶液中，搅拌2小时，静置4小时，即得到分散均匀的高纯钠基膨润土悬浮液。

制备新型无机辐射防护材料

(1)按照质量份数，将1份的六水合氯化钐粉末溶于15份的水中，40℃加热3小时，然后自然冷却到室温，得到分散均匀的稀土溶液；

(2)按照质量为1:1的比例，将步骤(1)得到的稀土溶液，缓慢加入到分散均匀的高纯膨润土钠基悬浮液中，持续搅拌36小时后，静置6小时，离心清洗4次，得到清洗干净的固体。

(3)将步骤(2)的产物，涂抹于表面皿上，并在60℃的条件下干燥，干燥后研磨得到稀土改性辐射防护材料，即为新型无机辐射防护材料，密度为1.32g/cm

实施例4

一种新型无机辐射防护材料的制备方法，包括以下步骤：

制备分散均匀的高纯膨润土悬浮液

(1)按照质量份数，将0.01份的分散剂六偏磷酸钠，加入到10份的水中，搅拌10分钟，待用；

(2)将1份蒙脱石含量为95％以上的钠基膨润土加入到步骤(1)所得的溶液中，搅拌2小时，静置4小时，即得到分散均匀的高纯钠基膨润土悬浮液。

制备新型无机辐射防护材料

(1)按照质量份数，将1份的六水合氯化钐粉末溶于12份的水中，50℃加热2小时，然后自然冷却到室温，得到分散均匀的稀土溶液；

(2)按照质量为1:2的比例，将步骤(1)得到的稀土溶液，缓慢加入到分散均匀的高纯膨润土钠基悬浮液中，持续搅拌24小时后，静置8小时，离心清洗4次，得到清洗干净的固体。

(3)将步骤(2)的产物，涂抹于表面皿上，并在80℃的条件下干燥，干燥后研磨得到稀土改性辐射防护材料，即为新型无机辐射防护材料，密度为1.25g/cm

实施例5

一种新型无机辐射防护材料的制备方法，包括以下步骤：

制备分散均匀的高纯膨润土悬浮液

(1)按照质量份数，将0.01份的分散剂六偏磷酸钠，加入到10份的水中，搅拌10分钟，待用；

(2)将1份蒙脱石含量为95％以上的钠基膨润土加入到步骤(1)所得的溶液中，搅拌2小时，静置4小时，即得到分散均匀的高纯钠基膨润土悬浮液。

制备新型无机辐射防护材料

(1)按照质量份数，将1份的六水合氯化镝粉末溶于14份的水中，50℃加热4小时，然后自然冷却到室温，得到分散均匀的稀土溶液；

(2)按照质量为1:1.5的比例，将步骤(1)得到的稀土溶液，缓慢加入到分散均匀的高纯膨润土钠基悬浮液中，持续搅拌36小时后，静置6小时，离心清洗5次，得到清洗干净的固体。

(3)将步骤(2)的产物，涂抹于表面皿上，并在70℃的条件下干燥，干燥后研磨得到稀土改性辐射防护材料，即为新型无机辐射防护材料，密度为1.65g/cm

实施例6

一种新型无机辐射防护材料的制备方法，包括以下步骤：

制备分散均匀的高纯膨润土悬浮液

(1)按照质量份数，将0.01份的分散剂六偏磷酸钠，加入到10份的水中，搅拌10分钟，待用；

(2)将1份蒙脱石含量为95％以上的钠基膨润土加入到步骤(1)所得的溶液中，搅拌2小时，静置4小时，即得到分散均匀的高纯钠基膨润土悬浮液。

制备新型无机辐射防护材料

(1)按照质量份数，将1份的六水合氯化镝粉末溶于14份的水中，40℃加热2小时，然后自然冷却到室温，得到分散均匀的稀土溶液；

(2)按照质量为1:2的比例，将步骤(1)得到的稀土溶液，缓慢加入到分散均匀的高纯膨润土钠基悬浮液中，持续搅拌40小时后，静置8小时，离心清洗5次，得到清洗干净的固体。

(3)将步骤(2)的产物，涂抹于表面皿上，并在90℃的条件下干燥，干燥后研磨得到稀土改性辐射防护材料，即为新型无机辐射防护材料，密度为1.46g/cm

对比例1

选取材料厚度为2cm的碳化硼(B

对比例2

选取材料厚度为2cm铅板，在γ射线能量为0.661MeV条件下(

实验例

实施例1-6制备获得的新型无机辐射防护材料以及对比例1-2的常用防护材料，在中子能量为0.5MeV的条件下(

表1

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。