СПОСОБ УДАЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 1996 года по МПК G21F9/12 

Изобретение относится к области экологии, а именно к очистке растворов (главным образом водных) от примесей радионуклидов, и может быть использовано для извлечения и захоронения радиоактивных элементов, встречающихся как в промышленных отходах, так и в виде загрязнений окружающей среды.

Известен способ выделения стронция из воды путем контактирования очищаемой воды с сорбентом на основе цеолита [1]
Известен также способ извлечения стронция из высокоминерализованных растворов, в котором в качестве сорбента используется карбоксильный катионит в смешанной натрий-кальциевой форме [2]
Недостатком этих методов является трудность, связанная с захоронением радиоактивных остатков, поскольку для извлечения радионуклидов в этих способах используются минеральные сорбенты.

Известен способ очистки водных растворов от радиоактивных изотопов путем контактирования этих растворов с измельченным хитином, отделением хитина со связанными радионуклидами от очищаемого раствора, его сжиганием и захоронением радиоактивного пепла [3]
Недостатками способа [3] являются незначительная эффективность удаления стронция и цезия при достаточно хорошем связывании актинидов (плутония), малодоступность и относительная дороговизна используемого сорбента; относительно высокие энергетические затраты при сжигании.

Наиболее близким к предлагаемому является способ удаления тяжелых металлов, в том числе и радиоактивных, из водных растворов, включающий контактирование очищаемого раствора с таниновым сорбентом [4] предварительно полученным по определенной методике, при рН растворов от 3,5 до 10,0, причем контактирование очищаемого раствора с сорбентом осуществляют дважды при различных рН: после первого контакта отфильтровывают сорбент и фильтрат подвергают контактированию со свежей порцией сорбента. Сорбент можно регенерировать.

Недостатками известного способа [4] являются недостаточная эффективность удаления радиоактивных изотопов, малодоступность и относительная дороговизна используемого сорбента.

Задача изобретения разработка простого, экономически выгодного и эффективного способа извлечения радионуклидов на основе использования сорбента из дешевого и доступного сырья.

Это достигается предлагаемым способом удаления радионуклидов из водных растворов, включающим контактирование очищаемого раствора с фитосорбентом при величине рН среды от 3,0 до 9,0 и отделение сорбента от раствора, в котором в качестве фитосорбента используют измельченную лузгу семян подсолнечника, подвергнутую кислотному гидролизу, отделенный фитосорбент сжигают и радиоактивный пепел собирают (для захоронения).

В предлагаемом способе в качестве фитосорбента используют негидролизованную измельченную лузгу семян подсолнечника.

В предлагаемом способе в отличие от известного [4] используют другой вид фитосорбента, а именно сорбент, полученный из дешевого и доступного растительного сырья.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Содержащие радионуклиды растворы либо непосредственно смешиваются с сорбентом (статический режим), либо пропускаются через колонку или фильтр, содержащий сорбент (динамический режим). Исходная концентрация радиоактивных элементов в растворе варьировалась в пределах от 0,1 мг/л до 1000 мг/л. В качестве фитосорбента во всех примерах (кроме 3б) использовали гидролизованную в кислой среде измельченную лузгу семян подсолнечника (3б необработанная лузга). Использовались три различных концентрации фитосорбента: 1 г/л, 5 г/л и 10 г/л. Для извлечения радионуклидов можно использовать как их водные растворы, так и их растворы в полярных органических растворителях или в их смесях. Время контакта сорбента с раствором охватывало как минутный, так и часовой диапазоны, в зависимости от задач обработки.

Исходная (C_исх) и конечная (C_кон) концентрация радионуклидов определялись (в основном) на двух типах установок:
1. На низкофоновом спектрометре гамма-совпадений "Припять" с рабочим объемом измерительной камеры 5 л (чувствительность по цезию-137 - 6•10^-12 Ки за время набора 1 ч или 1,2•10^-10 Ки за время набора 10 с).

2. На эмиссионном спектрометре "Плазма-100" (США), который позволяет измерять концентрации элементов в водных растворах с ошибкой в несколько для большинства элементов и позволяет одновременно измерять концентрации всех элементов, присутствующих в водном растворе.

Приводим конкретные примеры осуществления способа.

П р и м е р 1. Удаление европия (плутония).

Плутоний как радионуклид особенно опасен из-за высокой степени токсического воздействия на биологические объекты. Известно, что поведение европия в водных растворах очень сходно с плутонием. Поэтому методы очистки водных растворов от плутония отрабатываются (что общепринято) на менее вредном европии:
а). К раствору, содержащему 10 мг/л европия при рН 5, добавляется 100 мг фитосорбента, представляющего собой измельченную лузгу семян подсолнечника и смесь инкубируют в течение 1 ч. Общий объем раствора 10 мл. Затем сорбент отделяют фильтрованием и в оставшемся растворе измеряют концентрацию европия. В среднем она составляла 2,9 мг/л. Эффективность связывания была 71 Отделенный фитосорбент сжигают и пепел собирают для захоронения.

б). К раствору, содержащему 10 мг/л европия при рН 5, добавляется 100 мг фитосорбента, представляющего собой измельченную лузгу семян подсолнечника, подвергнутую кислотному гидролизу и смесь инкубируют в течение 1 ч. Общий объем раствора 10 мл. Затем сорбент отделяют фильтрованием и в оставшемся растворе измеряют концентрацию европия. В среднем она составляла 0,42 мг/л. Эффективность связывания была = 96 Отделенный фитосорбент сжигают и пепел собирают для захоронения.

П р и м е р 2. Удаление стронция.

К раствору, содержащему 5 мг/л стронция при рН 3, добавляется 100 мг фитосорбента из гидролизованной лузги семян подсолнечника и смесь инкубируют в течение 1 ч. В среднем, концентрация стронция в оставшемся растворе составляла 2,3 мг/л. Эффективность связывания = 54
П р и м е р 3. Удаление цезия:
а). К раствору, содержащему 10 мг/мл цезия при рН 8,0, добавляли 100 мг фитосорбента из негидролизованной лузги семечек и инкубировали в течение 60 мин. Средняя концентрация цезия в оставшемся растворе была 4,63 мг/мл. Эффективность связывания 53,7
б). К раствору, содержащему 10 мг/л цезия при рН 9,0, добавляли 100 мг фитосорбента из гидролизованной лузги семян подсолнечника инкубировали в течение 5 мин. Средняя концентрация цезия в оставшемся растворе была 1,85 мг/л. Эффективность связывания = 81,5
Суммарные результаты по удалению радионуклидов и тяжелых металлов приведены в таблице.

Количество фитосорбента (m) во всех пробах составляло 100 мг; объем (v)
10 мл. s% (C_исх C_кон)/C_исх% s (C_исх - C_кон)•v/m.

Предлагаемый способ удаления радионуклидов имеет ряд преимуществ перед известным [4]
а) доступность и дешевизна сырья, используемого при приготовлении фитосорбента;
б) высокая способность к озолению при малых энергетических затратах;
в) нетоксичность используемого фитосорбента и возможность очистки пищевых продуктов;
г) высокая устойчивость;
д) отсутствие загрязнения очищаемого раствора какими-либо побочными продуктами;
е) более высокая (практически 100) эффективность связывания актинидов;
ж) высокая степень удаления при однократном контактировании фитосорбента с очищаемым раствором. ТТТ1

Использование: в экологии, а именно в очистке растворов (главным образом водных) от примесей радионуклидов, и может быть использовано для извлечения и захоронения радиоактивных элементов, встречающихся как в промышленных отходах, так и в виде загрязнений окружающей среды. Сущность изобретения: загрязненный радионуклидами раствор подвергают контактированию (механическое смешивание, пропускание через колонку или фильтр) с биосорбентом, приготовленным из сырья растительного происхождения (фитосорбент), являющегося отходом пищевой промышленности, затем радиоактивный фитосорбент отделяют от очищаемого раствора, сжигают, а радиоактивную золу подвергают захоронению в запаянных ампулах. Предлагаемый способ удаления радионуклидов имеет следующие достоинства: доступность и дешевизна сырья, используемого при приготовлении сорбента; высокая способность к озолению при меньших энергетических затратах; нетоксичность используемого фитосорбента и возможность очистки пищевых продуктов; высокая устойчивость; отсутствие загрязнения очищаемого раствора какими-либо побочными продуктами; более высокая (практически 100%) эффективность связывания актинидов (плутония); более высокая эффективность связывания цезия и стронция по сравнению с биосорбентами на основе хитина и хитозана, а также более высокая эффективность по сравнению с неорганическим сорбентом типа "клиносорб" (ФРГ). 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ удаления радионуклидов из водных растворов, включающий контактирование очищаемого раствора с фитосорбентом при pН среды 3 9 и отделение сорбента от раствора, отличающийся тем, что в качестве фитосорбента используют измельченную лузгу семян подсолнечника, отделенный фитосорбент сжигают и радиоактивный пепел собирают для захоронения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фитосорбента используют измельченную лузгу семян подсолнечника, подвергнутую кислотному гидролизу.