композиционный плавающий сорбент для очистки водных сред от радионуклидов цезия и способ сорбционного извлечения радионуклидов цезия из водных сред
Классы МПК: | B01J20/26 синтетические высокомолекулярные соединения G21F9/12 абсорбция; адсорбция; ионообмен |
Автор(ы): | Гончаров Б.В., Доильницын В.А., Ананьева Т.А., Волков Ф.В. |
Патентообладатель(и): | Санкт-Петербургский государственный университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-03-25 публикация патента:
20.08.2000 |
Изобретение относится к переработке радиоактивных отходов с помощью пористых композиционных сорбентов, предназначенных для очистки водных сред от радионуклидов цезия. Сорбент состоит из полиэтиленовой матрицы из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с объемом закрытых пор не менее 50% и природного алюмосиликата, например вермикулита или морденита. Технический результат состоит в повышении эффективности очистки. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 2 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Композиционный плавающий сорбент для очистки водных сред от радионуклидов цезия, состоящий из полимерной матрицы и природных алюмосиликатов, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы он содержит сверхвысокомолекулярный полиэтилен с объемом закрытых пор не менее 50% от суммарного объема пор при следующем соотношении компонентов сорбента, мас.%:Природный алюмосиликат - 10 - 60
Полиэтилен - 40 - 90
2. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве природного алюмосиликата он содержит вермикулит или морденит или отходы их производства фракции 5 - 250 мкм. 3. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что он содержит сверхвысокомолекулярный полиэтилен с мол.в. (1 - 3)
![композиционный плавающий сорбент для очистки водных сред от радионуклидов цезия и способ сорбционного извлечения радионуклидов цезия из водных сред, патент № 2154526](/images/patents/317/2154028/183.gif)
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов с помощью пористых композиционных сорбентов, предназначенных для очистки водных сред от радионуклидов цезия. Сорбент может быть применен для предварительного концентрирования радионуклидов цезия с целью определения его концентрации в водных средах. Известен сорбент - аналог /патент РФ N 2065629, публ. 20.08.96, с.4-5/, который получают включением неорганического сорбента вермикулита в пенополивинилформальдегидную матрицу (ППВФ) при соотношении неорганического сорбента и ППВФ 15-85:85-15. Пористый композиционный материал способен поглощать и удерживать большие количества влаги (до 2000% по отношению к массе полимера), что способствует протеканию процесса сорбции ионов цезия вермикулитом, то есть связующее - ППВФ - не является препятствием процессу сорбции. Сорбент получают методом конденсационного структурообразования из реакционной смеси поливинилового спирта, формальдегида, соляной кислоты и вермикулита, причем последний составляет 15-85% от массы образующегося композиционного материала. Частицы вермикулита жестко фиксируются пространственной сеткой связующего, при этом степень ацеталирования гидроксильных групп поливинилового спирта составляет 50-70%, что обеспечивает образование прочной пространственной решетки ППВФ. Плавучесть сорбента определяется соотношением закрытых и открытых пор, образующихся в процессе формирования структуры, то есть в процессе реакции поликонденсации поливинилового спирта (ПВС) и формальдегида. Продолжительность плавучести ограничивается скоростью проникновения воды в структуру сорбента и составляет от долей минут до нескольких десятков минут. Определяющим свойством при получении композиционных материалов является адгезия полимерной матрицы к наполнителю, а так же способность полимерной матрицы обеспечивать доступ сорбируемых веществ к активному наполнителю. Поэтому существенным признаком в предлагаемом изобретении является использование в качестве полимерной матрицы из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярной массой (1-3)![композиционный плавающий сорбент для очистки водных сред от радионуклидов цезия и способ сорбционного извлечения радионуклидов цезия из водных сред, патент № 2154526](/images/patents/317/2154028/183.gif)
![композиционный плавающий сорбент для очистки водных сред от радионуклидов цезия и способ сорбционного извлечения радионуклидов цезия из водных сред, патент № 2154526](/images/patents/317/2154028/183.gif)
![композиционный плавающий сорбент для очистки водных сред от радионуклидов цезия и способ сорбционного извлечения радионуклидов цезия из водных сред, патент № 2154526](/images/patents/317/2154526/2154526t.gif)
где Jисх и Jкон - исходная и конечная активности водной среды, Бк/дм3;
V - объем водной среды, дм3;
m - масса сорбента, г. В наших экспериментах V/m=500. Приведенные в таблице 1 результаты эксперимента показывают, что эффективность сорбции радионуклидов цезия плавучими сорбентами с 60%-ным содержанием морденита и вермикулита не ниже, чем эффективность сорбции с применением сорбентов на основе ППВФ матрицы, которые плавучестью не обладают. Эффективность сорбции радионуклидов цезия пропорциональна содержанию наполнителя в плавающем сорбенте, причем использование морденита в качестве наполнителя более эффективно, чем морденита. Взятый для сравнения широкоприменяемый для очистки водных сред катионит КУ-2 при таком же времени процесса очистки показывает значительно меньшую эффективность, так коэффициент очистки с применением плавающих сорбентов (ПС) и пористых композиционных сорбентов (ПКС) с содержанием морденита 60% в два раза выше, чем для КУ-2. После извлечения из водной среды сорбент выдерживается на воздухе до достижения воздушно-сухого состояния, после чего помещается в сушильный шкаф, где выдерживается в течение трех часов при температуре 140-170oC. В результате термообработки происходит оплавление частиц матрицы, что приводит к затягиванию и полному закрытию пор. В следствии этого наблюдается резкое уменьшение скорости выхода радионуклидов из отработанного сорбента в контактирующую с ним воду. Результаты эксперимента, подтверждающие данный вывод, представлены в таблице 2.
Класс B01J20/26 синтетические высокомолекулярные соединения
Класс G21F9/12 абсорбция; адсорбция; ионообмен