способ получения хемосорбента для поглощения продуктов деления ядерного топлива
Классы МПК: | G21F9/02 обработка газообразных отходов B01D53/02 адсорбцией, например препаративной газовой хроматографией B01D53/34 химическая или биологическая очистка отходящих газов B01J20/22 содержащие органический материал |
Автор(ы): | Чебыкин Валентин Васильевич (RU), Маслов Владимир Васильевич (RU), Соснихин Владимир Алексеевич (RU), Ломазова Людмила Адамовна (RU), Корниенко Валентина Николаевна (RU), Гущина Татьяна Геннадиевна (RU), Сапрыкин Валерий Николаевич (RU), Карев Валерий Андреевич (RU), Каменер Олег Евгеньевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" (ФГУП "ЭНПО "Неорганика") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-12-14 публикация патента:
10.11.2006 |
Изобретение относится к области защиты окружающей среды от радионуклидов. Сущность изобретения: способ получения хемосорбента для поглощения продуктов деления ядерного топлива - радионуклидов йода, рутения и их летучих соединений включает импрегнирование активированного угля триэтилендиамином и сушку при температуре 110-130°С. При этом используют активированный уголь из каменноугольного сырья с объемом микропор vми=0,28-0,33 см3 /г и суммарным объемом пор v =0,85-1,0 см3/г. Импрегнирование активированного угля ведут до содержания триэтилендиамина 1-2% от веса основы. Проводят сушку в электропечах и рассев. Преимущества изобретения заключаются в повышении качества хемосорбента. 1 табл.
Формула изобретения
Способ получения хемосорбента для поглощения продуктов деления ядерного топлива - радионуклидов йода, рутения и их летучих соединений, включающий импрегнирование активированного угля триэтилендиамином и сушку при температуре 110-130°С, отличающийся тем, что используют активированный уголь из каменноугольного сырья с объемом микропор vми=0,28-0,33 см3/г и суммарным объемом пор v =0,85-1,0 см3/г, импрегнирование активированного угля ведут до содержания триэтилендиамина 1-2% от веса основы, проводят сушку в электропечах и рассеивают.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области адсорбционной техники, атомной энергетики, экологии и может быть использовано для улавливания радионуклидов йода и рутения, а также их летучих соединений (в том числе йодистого метила и четырехокиси рутения) из газообразных выбросов как в условиях нормальной эксплуатации АЭС, ядерных установок, так и в случае аварии на них.
Известны способы получения хемосорбента (поглотителя) на пористой основе с пропиткой солями йодидов металлов (США, кл. 252.429, пат.№ 4111833), действие которых основано на изотопном обмене. Поскольку изотопный обмен протекает с меньшей скоростью, чем химические реакции, эти сорбенты уступают по своей эффективности предложенному.
Известен близкий к предложенному по технической сущности и достигаемому результату способ получения хемосорбента, в котором в качестве импрегнантов используются амины с нитратами серебра (Великобритания, кл. B 1 L, пат. №1571052).
Недостатками данного способа являются дороговизна получаемого угля из-за использования драгметалла - азотнокислого серебра и его неудовлетворительная надежность из-за использования первичных аминов, которые отрабатываются по диоксиду углерода, содержащемуся в воздухе.
Наиболее близким к предложенному по назначению и наибольшему количеству совпадающих существенных признаков является способ, изложенный в описании к патенту РФ №2218985, кл. B 1 J 20/20 от 19.06.02 и заключающийся в том, что одну часть активного угля одной партии с объемом микропор не менее 0,4 см3/г пропитывают раствором соединений меди, хрома, серебра и триэтилендиамина, а другую - раствором хлорида никеля. Обе части сушат при температуре выше 100°С до требуемого влагосодержания с последующим механическим перемешиванием. Этот способ принят за прототип предлагаемого изобретения.
Недостатком протитопа является сложность и многостадийность получения хемосорбента из-за большого количества хемосорбционных добавок, наносимых на активный уголь, соблюдения последовательности нанесения и периодичности сушки, а также дороговизна получаемого хемосорбента.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности защиты окружающей среды от радиоактивного загрязнения при нормальных условиях работы АЭС, а также в аварийных ситуациях.
Техническим результатом, полученным при решении указанной задачи, является создание простого способа получения более надежного, дешевого, с повышенными сорбционными свойствами поглотителя продуктов деления ядерного топлива, в частности радионуклидов йода, рутения и их летучих соединений.
Указанный технический результат достигается тем, что в предложенном способе получения хемосорбента для поглощения продуктов деления ядерного топлива, включающем импрегнирование пористой основы триэтилендиамином и сушку при температуре 110-130°С, в качестве основы берут активированный уголь из каменноугольного сырья с vми=0,28-0,33 см 3/г и v =0,85-1,0 см3/г, а импрегнирование ведут до содержания триэтилендиамина 1-2% от веса основы.
Отличие предложенного способа от прототипа заключается в том, что в качестве основы берут активированный уголь из каменноугольного сырья с vми=0,28-0,33 см3/г и v =0,85-1,0 см3/г, а импрегнирование ведут до содержания триэтилендиамина 1-2% от веса основы.
Способ осуществляют следующим образом: берут активный уголь АГ с определенной микропористой структурой - vми=0,28-0,33 см3 /г, v =0,85-1,0 см3/г, наносят на него по влагоемкости 1-2% импрегнанта - триэтилендиамина (ТЭДА) и проводят сушку в электропечах при температуре 110-130°С.
Влияние v ми и v на коэффициент очистки по парам J-131 выведено на основании многочисленных экспериментов и приведено в таблице 1.
Таблица 1 | |||
№ п/п | Объем микропор, vми , см3/г | Суммарный объем пор v | Степень очистки по парам J-131, % |
1 | 0,18 | 0,68 | 90,00 |
2 | 0,22 | 0,72 | 97,50 |
3 | 0,28 | 0,80 | 99,90 |
4 | 0,30 | 0,85 | 99,99 |
5 | 0,33 | 0,90 | 99,99 |
6 | 0,36 | 0,95 | 99,95 |
7 | 0,30 | 1,10 | 99,92 |
8 | 0,25 | 1,20 | 99,30 |
9 | 0,20 | 1,30 | 96,80 |
Аналогичная степень очистки достигается при испытаниях заявляемого хемосорбента и по парам радионуклида рутения и его летучих соединений.
В результате многочисленных исследований и проведения лабораторных и опытных работ по изготовлению различных образцов хемосорбента (поглотителя) АГ-И было установлено, что оптимальная степень очистки по радионуклидам йода и рутения (99,99%) достигается только в заявляемом интервале vми и v .
Это объясняется тем, что каждому акту хемосорбционного связывания йода и рутения с импрегнантом - триэтилендиамином, нанесенным на пористую основу угля АГ, должен предшествовать акт адсорбции их в микропорах, т.е. удержания в адсорбированном состоянии для протекания химической реакции, а это, как показали опытные данные, может достигаться при наличии развитой пористой структуры угля АГ с vми=0,28-0,33 см3/г и v =0,85-1,00 см3/г.
При развитии пористой структуры активных углей в процессе прогрессирующей активации в начале происходит образование микропор при общем увеличении суммарного объема. Этот процесс продолжается до образования максимального объема микропор, характерных для каждого вида угля, а затем с дальнейшим увеличением суммарного объема пор объем микропор начинает уменьшаться, а их размер увеличиваться.
На непористой основе: фильтрующий материал ФМС (фильтрующий материал стеклянный), ФПАН (фильтрующий материал полиакрилонитрильный) и других, подобных им, эта химическая реакция йода и рутения с триэтилендиамином практически не проходит.
Что касается выбранного интервала температуры сушки, предложенного в данном изобретении, то он основан на результатах проведенных экспериментов и обосновывается двумя положениями:
1) во-первых, необходимо освободить микропоры и мезопоры от паров воды, чтобы они были доступны для адсорбции радионуклидов йода и рутения, а также их летучих соединений, с целью протекания химической реакции их с импрегнантом - триэтилендиамином;
2) во-вторых, не превысить температуру сушки поглотителя, чтобы при этом не испарился импрегнант - триэтилендиамин, температура кипения которого 148°С.
На основании вышеприведенного обоснована температура сушки хемосорбента - 110-130°С.
Таким образом, предложенный способ позволяет получать эффективный поглотитель радионуклидов йода и рутения, а также их летучих соединений (CH3J - йодистого метила и RuO4 - четырехокиси рутения) на более дешевом и доступном сырье - каменном угле. Следует отметить, что полученный поглотитель не только превосходит прототип по эффективности улавливания йода и его летучих соединений, но и дополнительно способен поглощать рутений и его летучие соединения.
Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение технического результата, а именно: создание более надежного, эффективного, дешевого поглотителя радионуклидов йода, рутения и их летучих соединений, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.
Класс G21F9/02 обработка газообразных отходов
Класс B01D53/02 адсорбцией, например препаративной газовой хроматографией
Класс B01D53/34 химическая или биологическая очистка отходящих газов
Класс B01J20/22 содержащие органический материал