ФЛОККУЛЯЦИОННЫЙ АГЕНТ РАДИОНУКЛИДОВ ДЛЯ ДЕЗАКТИВАЦИИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1998 года по МПК G21F9/10 

Изобретение относится к обработке материалов с радиоактивным загрязнением, в частности, к обработке жидких радиоактивных отходов (ЖРО) низкого и среднего уровня активности с помощью методов флоккуляции.

Жидкие радиоактивные отходы низкого и среднего уровня активности составляют сотни миллионов кубометров, их суммарная активность - миллионы кюри, поэтому решение проблемы дезактивации этих отходов до уровня, позволяющего их удаление в окружающую среду, в комбинации с высокой степенью компактирования образующихся при этом вторичных твердых отходов, является актуальным.

Известен способ дезактивации ЖРО, содержащих ионы радиоактивных тяжелых металлов, например, урана, цезия, стронция, рутения, радия, нептуния и технеция, предусматривающий их обработку флоккуляционным агентом, в качестве которого используют карбоксиметилированную целлюлозу или ее смесь с оксидом переходного металла, и последующее компактирование вторичных отходов с жидким цементным тестом или асфальтом для обеспечения захоронения (EP, патент, 0240985, кл. G 21 F 9/10, 1987).

Известен также способ обработки радиоактивных сточных вод прачечных ядерно-технических установок, содержащих радионуклиды ⁶⁰Co, ⁵⁸Co, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs, ⁵⁴Mn, ¹¹⁰Ag, ⁹⁵Nb, путем обработки их флоккуляционным агентом, представляющим собой суспензию, приготовленную смешением соли трехвалентного железа с раствором железогексацианоферрата при массовом соотношении 1:1 - 1:2 (SU, а. с., 1705878, кл. G 21 F 9/10, 1992)
Известно также использование в качестве флоккуляционного агента для дезактивации жидких отходов, содержащих радиоактивные соединения, в том числе урана и радия, продукта аминолиза полиакрилонитрила с гидроксиламином (DE, патент, 4322663, кл. G 21 F 9/10, 1995).

Однако относительно невысокая эффективность известных способов дезактивации ЖРО и малая степень компактирования вторичных твердых отходов влекут за собой высокие затраты на их последующее захоронение.

Задачей изобретения является полная дезактивация ЖРО низкого и среднего уровня активности при сохранении высокой степени компактирования выделенных радионуклидов.

Решение поставленной задачи достигается применением соединения, известного в химической биотехнологии - хитозана со средневесовой молекулярной массой (M_w) 5•10³ - 2•10⁶ и степенью дезацетилирования 55-98% в качестве флоккуляционного агента радионуклидов для дезактивации жидких радиоактивных отходов.

Хитозан с вышеуказанными характеристиками, синтезированный по методике, описанной в работе (Varum К. M., Anthonsen M.W., Grasdalen H., Smidsrod O., Carb. Res., 1991, 221, 17-23), используют в медицинской, пищевой и целлюлозно-бумажной промышленности, в сельском хозяйстве и других областях.

Известно использование хитозана и его производных в качестве флоккуляционного агента в различных областях народного хозяйства. Так, известно применение N-галогенохитозана с содержанием 2-дезокси-2-ацетамидоангидроглюкозных звеньев 1-35%, 2-дезокси-2-аминоангидроглюкозных звеньев 1-90% и 2-дезокси-2-галогенаминоангидроклюкозных звеньев 8-95% в качестве флоккуляционного агента нефтяных масел при очистке промышленных сточных вод (WO 92/08742, кл. C 08 F 1/56, 1992). B производстве животных кормов хитозан используют как флоккуляционный агент для извлечения белков из сточных вод процессов переработки овощей, яиц, птицы; также в качестве флоккуляционного агента клеток и клеточных структур хитозан применяют для извлечения микроорганизмов из жидких сред (Sato M. An application of chitosan as a flocculating agent, Jpn. Soc. Chitin/Chitosan, Tokyo, Gihodo Publishing Co., 1990, 211-235).

Изобретение направлено на создание нового средства для дезактивации ЖРО за счет выявления новых возможностей применения флоккуляционной технологии с использованием известного соединения - хитозана по новому назначению - в качестве флоккуляционного агента радионуклидов.

По сравнению с известными флоккуляционными агентами, используемыми для дезактивации ЖРО, хитозан обладает следующими преимуществами:
1) при осаждении флокул образуется объемистый осадок с развитой поверхностью, позволяющий использовать для эффективного соосаждения относительно небольшие количества хитозана;
2) наличие в структуре хитозана нескольких функциональных групп (гидроксиметильные, гидроксильные, аминные и ацетиламидные) позволяет его использовать одновременно и как весьма активный сорбент, обладающий ионообменными и хелатными свойствами;
3) хитозан представляет собой беззольный органический материал, обеспечивающий возможность эффективного компактирования выделенных радионуклидов за счет сжигания.

В изобретении предложено два способа введения хитозанов в дезактивируемый раствор: в виде раствора исходного хитозана в кислоте, а также в виде водорастворимой формы, получаемой выдерживанием исходного хитозана в соляной кислоте с последующей промывкой и сушкой. Показано, что на соосаждение радионуклидов с хитозанами это не влияет, в реальной же практике удобнее работать с водорастворимым флоккулянтом.

В качестве флоккулируемой компоненты была выбрана смесь нескольких долгоживущих радионуклидов, являющихся типичными представителями ЖРО различного происхождения. Использовались следующие радиоактивные изотопы: ⁵⁴Mn, ⁶⁰Co, ⁸⁵Sr, ¹³⁷Cs и ²³⁹Pu. Радиоизотопы цезия и стронция рассматривались в качестве представителей "реакторных" отходов, радиоизотопы кобальта и марганца - в качестве представителей отходов от дезактивации конструкционных материалов, и, наконец, плутоний представлял "химические" отходы, образующиеся при переработке облученного ядерного топлива.

Пример 7. Раствор хитозана [M_w(1,5-2,0)•10⁶, степень дезацетилирования 98%] в 0,01M азотной кислоте с концентрацией 1 г/л вводили в модельный раствор с pH 9,5, содержащий радионуклиды Pu²³⁹, Co⁶⁰, Mn⁵⁴, Sr⁸⁵ и Cs¹³⁷. После отделения осадка центрифугированием определяли процент захвата элемента осадком по формуле % = (A₀ - A_t)/A₀•100%, где A₀ - удельная активность изотопа в исходном растворе, A_t - удельная активность раствора после осаждения.

Содержание марганца, кобальта, стронция и цезия в пробах определялось с помощью гамма-спектрометрии по соответствующим характерным пикам на установке АМА-3-Ф.

Содержание плутония определялось путем измерения альфа-активности проб на установке "Протока" с газонаполненным детектором. Результаты всех измерений приведены в таблице 1.

Пример 2. Исходный хитозан [M_w(1,5 - 2,0)•10⁶, степень дезацетилирования 98%] выдерживали в течение нескольких часов в десятикратном по массе по отношению к хитозану количестве раствора 1,5 н соляной кислоты, отфильтровывали, промывали 50%-ным водным спиртом до нейтральной реакции и высушивали. Полученный препарат растворяли в воде (1 г/л по хитозану) и вводили в тот же модельный раствор, что и в примере 1; аналогично определяли процент захвата каждого элемента. Результаты не отличаются от результатов измерений в примере 1.

Примеры 3 - 6.

Аналогично примеру 1 проводили обработку модельного раствора с использованием хитозанов со степенью дезацетилирования 78, 74, 63 и 55% (для примеров 3 - 6 соответственно). Результаты дезактивации раствора сведены в таблицу.

Пример 7. Раствор хитозана (M_w 5•10³ степень дезацетилирования 95%) в 0,01М азотной кислоте с концентрацией 1 г/л вводили в модельный раствор (как в примере 1). Далее весь процесс проводили аналогично примеру 1.

Изобретение относится к обработке жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности с помощью методов флоккуляции. Предложено использовать в качестве флоккуляционного агента радионуклидов для дезактивации жидких радиоактивных отходов хитозан со (средневесовой молекулярной массой 5 • 10³ - 2 • 10⁶ и степенью дезацетилирования 55-98%. 1 табл.

Применение хитозана со средневесовой молекулярной массой 5 • 10³ - 2 • 10⁶ и степенью дезацетилирования 55 - 98% в качестве флоккуляционного агента радионуклидов для дезактивации жидких радиоактивных отходов.