СОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ЦЕОЛИТОВ Российский патент 1998 года по МПК B01J20/18 G21F9/12 

Изобретение относится к производству сорбентов для извлечения различных форм радиоиода и радиоцезия из парогазовой фазы и может быть использовано для предотвращения выброса этих радионуклидов в окружающую среду при эксплуатационных режимах работы атомных электростанций, при авариях на АЭС, а также в технологических процессах переработки ядерного горючего.

Для очистки паровоздушной смеси от различных форм радиоиода используют активированный уголь, импрегнированный различными веществами [1]. Его недостатком является необходимость работы при низком содержании воды в газовой фазе, что требует предварительной осушки газового потока. При конденсации воды происходит не только ухудшение сорбции радиоиода из газового потока, но и его десорбция в водную фазу. Кроме того, активированный уголь является пожароопасным сорбентом и малоэффективным для удаления радиоцезия.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является сорбент на основе цеолитов, модифицированных путем ионного обмена ионами серебра или меди [2]. Его недостатком является уменьшение сорбции радиоиода и радиоцезия с возрастанием концентрации воды в парогазовой фазе. Другим важным недостатком металлзамещенных цеолитов является низкая величина сорбции радиоиода из вводных сред.

Целью заявляемого изобретения является получение сорбента на основе цеолита, обладающего высокими сорбционными характеристики по отношению к иоду и цезию в водных растворах при сохранении или улучшении его сорбционных параметров для парогазовой среды.

Поставленная цель достигается тем, что предложен сорбент на основе цеолитов типа NaX или NaA, модифицированных путем ионного обмена ионами серебра или меди, который дополнительно обработан ацетиленом в газовой или жидкой среде так, что содержание в нем углеродного соединения в пересчете на углерод составляет 0,4 - 2,0 мас.%.

Для экспериментальной проверки заявляемого сорбента были приготовлены образцы на основе цеолитов различного типа (NaA, NaX). Заявляемый сорбент получали модифицированием металлзамещенных (Cu⁺, Ag⁺) цеолитов путем их обработки в газовой или жидкой среде ацетиленом. При этом процесс вели в течение 0,5 - 1,0 ч при перемешивании для жидкофазного синтеза и в течение 10 - 12 ч для процесса в газовой фазе. Металлзамещенные цеолиты получали путем обмена ионов натрия в исходных цеолитах NaX и NaA в водных растворах, содержащих ионы Ag⁺ или Cu²⁺. Цеолит, содержащий Cu⁺, получали путем обработки цеолита, содержащего CU²⁺ раствором гидразина при pH от 5 до 10. Определение содержания меди и серебра в цеолитах проводили путем титрования исходного и конечного растворов солей меди и серебра в процессе получения металлзамещенных цеолитов. Для определения серебра использовали метод Фольгарда, а медь титровали раствором ЭДТА в присутствии индикатора мурексида. Содержание углерода в модифицированном сорбенте определяли сжиганием навески образца цеолита в токе кислорода с последующим поглощением CO₂ раствором гидроокиси бария и взвешиванием образующегося осадка карбоната бария.

В табл. 1 представлены физико-химические характеристики исходных сорбентов. В табл. l даны физико-химические характеристики заявляемых металлзамещенных сорбентов, дополнительно обработанных ацетиленом. Звездочкой отмечены образцы, для которых исходными были сорбенты, приведенные в табл. 1.

Сравнение сорбционных свойств исходных и модифицированных металлзамещенных цеолитов в водных растворах дано в табл. 3. Коэффициент распределения (K_d) определяли при сорбции радиоиода и радиоцезия из водных растворов с концентрацией йода 0,07 мг/л и цезия 0,08 мг/л при температуре 293 K и соотношении V/m ≈500, продолжительность сорбции - 30 мин. Из табл. 3 видно, что модифицированные металлзамещенные цеолиты поглощают йод из водных растворов в 3 - 19 раз эффективнее, чем немодифицированные сорбенты. При этом значение K_d для цезия увеличивается в 1,2 - 1,6 раза для всех видов сорбентов.

В табл. 4 даны значения коэффициентов очистки (DF) паровоздушной смеси от радиоиода и радиоцезия для различных цеолитов. Эксперименты проводили при 298 и 423 K и содержании воды 30 - 150 мг/л. Толщина слоя сорбента составляла 6 мм, диаметр слоя 7 мм, время контакта парогазового потока с сорбентом ≈ 0,2 с. Из табл. 4 видно, что модифицированные цеолиты поглощают радиоиод лучше, чем немодифицированные сорбенты в 1,2 - 2,5 раза при температуре 298 K и в 1,2 - 10,2 раза - при 423 K в зависимости от использованного цеолита. Для радиоцезия увеличение фактора очистки при обеих температурах составляло 1,1 - 1,3 раза.

В табл. 5 приведены данные по десорбции радиоиода и радиоцезия водой с исходных и модифицированных металлзамещенных цеолитов после поглощения радионуклидов из паровоздушной смеси. Десорбцию проводили в течение 24 ч при соотношении V/m ≈ 300 и температуре 293 K. Из приведенных данных видно, что коэффициенты распределения радиоиода и радиоцезия при десорбции с модифицированных сорбентов в 2 -20 раз выше, чем с немодифицированных, в зависимости от марки сорбента.

Использование: сорбент на основе цеолитов предназначается для предотвращения выбросов в окружающую среду радиоиода и радиоцезия при эксплуатационных режимах работы атомных электростанций, при авариях на АЭС, а также в технологических процессах переработки ядерного горючего. Сущность: модифицированный цеолит получают обработкой металлзамещенных цеолитов типа NaX и NaA в газовой или жидкой среде ацетиленом. Полученный таким образом сорбент содержит продукт взаимодействия цеолита, модифицированного путем ионного обмена ионами серебра или меди, с ацетиленом так, что содержание в нем углеродного соединения в пересчете на углерод составляет 0,4 - 2.0 мас.%. 5 табл.

Сорбент на основе цеолитов типа NaX или NaA, модифицированный путем ионного обмена ионами серебра или меди, для поглощения радиоиода и/или радиоцезия, отличающийся тем, что после ионообменного модифицирования сорбент дополнительно обработан ацетиленом в газовой или жидкой среде так, что содержание в нем углеродного соединения в пересчете на углерод составляет 0,4 2,0 мас.