СПОСОБ АДСОРБЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТАННИНА Российский патент 1998 года по МПК G21F9/12 C02F1/28 

Изобретение относится к способу адсорбции с применением таннина. Этот способ находит практическое применение при обработке жидких отходов, содержащих вещества ядерного топлива, ионы железа и т.д.

Обычно такие ядерные вещества, как уран или торий, при химической обработке остаются в отработанной жидкости и сливаются. Адсорбент, который адсорбирует радиоактивные вещества, сам при этом не растворяясь в отработанной жидкости, обычно использовался для обработки такой жидкости. В японских заявках на патент с выложенными номерами 63-61998 и 1-155947 описаны гидратизированные гелевые соединения, которые соответственно используются в качестве адсорбентов.

Известное гидратизированное гелевое соединение получают в результате взаимодействия альдегида или кислоты, такой, как серная или фосфорная, с таннином хурмы для превращения раствора таннина в гель.

В способе получения гидратизированного гелевого соединения, однако, только таннины хурмы могут быть использованы в качестве адсорбента при обработке вышеупомянутой отработанной жидкости. Если используют какой-либо другой натуральный таннин, а не таннин хурмы, такой таннин не может превращаться в гель даже при взаимодействии с альдегидом или кислотой. Следовательно, нерастворимое гелевое гидратизированное соединение нельзя получить с помощью вышеуказанного способа.

Более того, обычный способ обработки отработанной жидкости осуществлялся с использованием нерастворимого адсорбента, который изготавливался заранее. Кроме того, обычный процесс обработки отработанной жидкости был трудоемким и дорогостоящим.

Также известен другой способ обработки отработанной жидкости, в котором такие радиоактивные вещества, как уран и торий, удаляются с помощью флокуляции и соосаждения гидроокиси железа. Однако, с помощью этого способа полученные осадки не могут быть уничтожены, так как они являются несгораемыми.

Целью изобретения является разработка способа адсорбции с использованием таннина, который эффективно применяется для обработки отработанной жидкости, содержащей радиоактивные вещества или ионы железа.

В изобретении предлагается способ адсорбции с применением таннина, включающий растворение таннина в растворе, содержащем вещество, которое необходимо адсорбировать, с последующим добавлением альдегида, а затем аммиака в полученный раствор для получения осадка, содержащего таннин в качестве основного компонента, и адсорбцию вещества, которое следует адсорбировать.

Используя предлагаемый в изобретении способ, нет необходимости изготавливать адсорбенты заранее; изготовление адсорбента и процесс адсорбции осуществляют одновременно. Кроме того, после обработки в процессе адсорбции адсорбенты можно легко сжечь, причем при этом не вырабатываются никакие ядовитые газы.

Существуют способы адсорбции с применением заранее изготовленного нерастворимого таннина.

В соответствии с изобретением предлагается способ адсорбции, который можно осуществлять без применения заранее изготовленного нерастворимого таннина. Более конкретно в способе изобретения получение адсорбента и осуществление процесса адсорбции происходят одновременно.

Вышеуказанный способ адсорбции отличается тем, что осуществляют растворение таннина в растворе, содержащем материал, который следует адсорбировать, и добавление альдегида в раствор с последующим добавлением аммиака в раствор, чтобы таким образом получить осадок, содержащий таннин, как главный составляющий компонент, и осуществлением адсорбции материала, который следует адсорбировать.

Этот способ можно применять для адсорбции любого материала, но он наиболее подходит для обработки отработанной жидкости с веществом ядерного топлива, таким, как уран и торий, или ионами железа. Вот почему адсорбционная способность осажденного адсорбента наиболее подходит к таким веществам.

В этом способе содержание адсорбируемого материала может быть разным. Однако целесообразно, чтобы оно было меньше значения, при котором раствор делается щелочным, для того чтобы не допустить осаждения материала, который следует адсорбировать. Если содержание превышает указанное значение, сначала целесообразно осуществить фильтрование с добавлением щелочного вещества, такого, как аммиак, в отработанную жидкость, а затем применять способ в соответствии с изобретением к фильтрату, который был получен в результате обычного процесса фильтрования.

Кроме того, pH раствора может быть разным. В случае, если раствор является сильно кислотным, следует добавить больше аммиака. Однако, если сначала добавляется щелочное вещество, такое, как каустическая сода, для изменения раствора до слабо кислого, количество добавляемого аммиака следует уменьшить. В случае, если раствор является щелочным раствором, в котором не содержится аммиак, таннин первым растворяется в нем при добавлении. Затем, когда далее добавляют альдегид и аммиак, образуется осадок, в котором таннин является основным составляющим компонентом. В этой связи, если раствор является щелочным раствором, в котором содержится аммиак, осадок, содержащий таннин как основной составляющий компонент, образуется при добавлении таннина и альдегида, и поэтому нет необходимости добавлять аммиак.

Кроме того, раствор может иметь комнатную температуру. В диапазоне температуры от 5 до 60^oC не наблюдается разницы в адсорбирующей способности, поэтому нет необходимости нагревать или охлаждать раствор.

В способе в соответствии с изобретением, как упоминалось выше, таннин первым добавляют в раствор.

В предлагаемом способе адсорбции предпочтительно используется сгущенный таннин, такой, как таннин гвебрахо, таннин австралийской акации, таннин мангрового дерева, таннин ели, таннин гамбира, акацетахин и таннин дубовой коры. Количество добавляемого таннина должно составлять по крайней мере 20 мг на 100 мл раствора для того, чтобы обеспечить образование осадка таннина. Если количество таннина меньше указанного значения, останется некоторая часть нерастворенного таннина и это оказывает неблагоприятное влияние на удаление адсорбируемого вещества. С другой стороны, количество добавляемого таннина с учетом содержания вещества, которое следует адсорбировать, зависит от вида адсорбируемого вещества. При обработке раствора, содержащего 85 частей на миллион урана как адсорбируемого вещества, предпочтительно добавлять 20-40 мг таннина на 100 мл раствора. Если добавленное количество составляет менее 20 мг, вышеуказанный недостаток будет оставаться. С другой стороны, при добавлении 40 мг таннина можно достичь достаточного удаления. Количество таннина можно еще больше увеличить, однако добавленный таннин не вступит в реакцию.

Раствор, к которому добавляют таннин, затем перемешивают, как это было необходимо для растворения таннина, а затем добавляют альдегид.

В способе по изобретению можно использовать любой альдегид, такой, как формальдегид, ацетальдегид и глутаральдегид. Однако водный раствор формальдегида наиболее предпочтителен, так как при этом скорость образования осадков самая большая. Формальдегид является материалом, содержание которого в сточной жидкости оговорено законом. Кроме того, количество добавляемого альдегида должно предпочтительно быть таким же, как количество таннина.

Раствор, в который таким образом добавляют альдегид, перемешивают и затем добавляют аммиак. Количество добавляемого аммиака определяют таким образом, чтобы полностью выделился осадок таннина, растворенного в растворе. В качестве конкретного примера количество добавляемого альдегида составляет 1,5 моля, а количество добавляемого таннина составляет 1,0 моля. Кроме того, целесообразно, чтобы pH раствора после добавления аммиака было не менее 7. Если оно меньше 7, некоторое количество таннина не осаждается.

При добавлении аммиака в растворе образуется осадок, в котором таннин является основным составляющим компонентом. Этот осадок является нерастворимым таннином, адсорбирующим вещества, которые следует адсорбировать. Кроме того, для того, чтобы улучшить осаждение осадка и осуществить последующую стадию отделения, в раствор можно добавить полиакриламид.

Затем осадок, адсорбирующий вещество, которое нужно адсорбировать, отделяют посредством фильтрования или подобного способа, чтобы тем самым удалить адсорбируемое вещество из раствора. Отделенный таким образом осадок обрабатывают прокаливанием или подобным способом.

При осуществлении способа адсорбции, описанного выше, не требуется изготавливать адсорбенты заранее, и обычно можно прямо использовать обычные таннины. Следовательно, нет необходимости получать нерастворимые адсорбенты до осуществления адсорбции.

Кроме того, даже если осадок, который адсорбировал вещество, сжигается, не образуется никакого ядовитого газа. Следовательно, осадок можно легко подвергать сжиганию.

Более того, в случае, если адсорбируемым веществом является вещество ядерного топлива, такое, как уран или торий, окислы вещества остаются при сжигании осажденного вещества. Следовательно, существует возможность повторного использования осадка в качестве вещества для ядерного топлива.

Пример 1. 50 мл осажденного порошка таннина добавляют в 250 мл отработанной жидкости, содержащей 220 частей на миллиард урана, затем жидкость размешивают для растворения таннина. После этого добавляют 5 мл водного раствора формальдегида с концентрацией 37% по массе, а затем постепенно добавляют водный аммиак для получения осадка, в котором таннин является основным составляющим компонентом, при pH, не превышающем 7. Полученный таким образом осадок отделяют посредством фильтрования. Содержание урана, оставшегося в фильтрате, не превышало 0,4 части на миллиард и было достигнуто удаление почти 100%.

Пример 2. 50 мл осажденного порошка таннина добавляют в 250 мл отработанной жидкости, содержащей 1,81•10^-5 μCi/см³ тория и перемешивают для растворения таннина. Затем добавляют 5 мл водного раствора формальдегида, содержащего 37% по массе формальдегида, и водный аммиак постепенно добавляют для получения осадка, в котором таннин является основным составляющим компонентом с pH, не превышающим 7. Образованный таким образом осадок отделяют фильтрованием. Содержание тория, оставшегося в фильтрате, не превышало 1,51•10^-5 μCi/см³, и, таким образом, удаление составило 96,9%.

Пример 3. 250 мл воды, содержащей 9,5 части на миллиард ионов железа, обрабатывают так же, как в примере 1, для получения осадка, содержащего таннин в качестве основного компонента, затем осадок отделяют фильтрованием. Содержание ионов железа в полученном фильтрате составило 0,04 части на миллиард и удаление ионов железа составило 95,8%.

Пример 4. Осадок, содержащий таннин в качестве основного компонента, получают так же, как в примере 1, и около 100 частей на миллион полиакриламида добавляют в отработанную жидкость, в которой содержался осадок. При этом осаждение было ускорено таким образом, что время, необходимое для фильтрования, составило всего 8 мин, хотя фильтрование в примере 1 заняло около 15 мин. Таким образом, время фильтрования сократили приблизительно наполовину по сравнению с временем, потребовавшимся в примере 1. Кроме того, как и в примере 1, достигли почти 100% удаления урана.

Очевидно, что различные изменения и варианты в изобретении возможны в отношении указанных выше примеров. Поэтому следует понимать, что изобретение можно использовать иначе, чем было описано, не выходя за пределы объема формулы изобретения.

Сущность изобретения: адсорбция радиоактивных веществ или ионов железа из водных растворов. Таннин растворяют в исходном растворе, из которого необходимо адсорбировать указанные вещества, в полученный раствор добавляют альдегид и затем аммиак до рН не менее 7. Полученный в результате этого нерастворимый осадок, в котором таннин является основным компонентом, адсорбирует указанные вещества. Исходный раствор преимущественно содержит ядерное топливо, выбранное из урана или тория. Для улучшения осаждения указанного осадка после его получения дополнительно можно добавить полиакриламид. Используя предложенный способ, нет необходимости изготавливать адсорбенты заранее: изготовление и процесс адсорбции осуществляются одновременно. Кроме того, после обработки в процессе адсорбции адсорбенты можно легко сжечь, т. к. при этом не вырабатываются никакие ядовитые газы. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ адсорбции радиоактивных веществ или ионов железа из водных растворов с использованием в качестве адсорбента соединения на основе таннина, отличающийся тем, что процесс проводят путем растворения таннина в исходном растворе, из которого необходимо адсорбировать указанные вещества, с последующим добавлением в полученный раствор альдегида и затем аммиака до pH не менее 7, в результате чего получают нерастворимый осадок, содержащий таннин в качестве основного составляющего компонента, который адсорбирует указанные вещества. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве радиоактивного вещества исходный раствор содержит ядерное топливо, выбранное из урана или тория. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в раствор после получения осадка дополнительно добавляют полиакриламид для улучшения его осаждения.