СОСТАВ ХЕМОСОРБИРУЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КОНТЕЙНЕРА ДЛЯ АВАРИЙНЫХ ЕМКОСТЕЙ С ТОКСИЧНЫМИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК B01J20/08 B01J20/10 B65D85/82 B65D85/84 

Изобретение относится к составам, сорбирующим и разлагающим токсичные вещества в замкнутом объеме, в частности, во внутренней полости контейнеров для емкостей с высокотоксичными веществами.

В патентной и научно-технической литературе такие составы не описаны.

Для хранения и транспортирования емкостей с токсичными веществами используют контейнеры, в которые помещают сорбенты (активированный уголь, силикагель и т.п.), способные впитывать содержимое емкостей при их разгерметизации. В частности, известно устройство и способ, когда сорбент помещают в тканевые оболочки, которыми заполняют и плотно фиксируют емкость в контейнере, (US, патент, 4880119, кл. B 65 D 81/14, 1989). Недостатками применения сорбентов является то, что они, впитывая токсичное вещество, набухают, затрудняют извлечение емкости из контейнера и сами становятся источниками повышенной опасности при вскрытии контейнера, что требует дополнительных мероприятий по их дегазации и уничтожению.

Принципиальная возможность использования хемосорбирующих покрытий, разлагающих токсичные вещества в контейнерах с аварийными емкостями, описана, однако отсутствуют какие-либо конкретные данные о их составах и способах получения (Россия, патент 2098331 C1, кл. B 65 D 85/84, 1997).

При отсутствии сорбирующих составов в контейнерах с аварийными емкостями с токсичными фосфорорганическими веществами (ФОВ) типа зарина, зомана или Vx внутри контейнеров создаются концентрации паров, близкие к насыщенным, в тысячи и миллионы раз превышающие предельно допустимые, что при вскрытии контейнеров представляет опасность для обслуживающего персонала и в экологическом плане. Высокие концентрации паров внутри контейнеров приводят также к набуханию резиновых прокладок, герметизирующих контейнеры в разъеме корпуса и крышки, и прокладки сами становятся источниками выделения токсичных паров.

Целью изобретения является создание состава хемосорбирующего покрытия, наносимого на внутреннюю поверхность контейнера для хранения и транспортирования аварийных емкостей, разлагающего вытекающие из емкостей токсические фосфорорганические вещества в жидкой и паровой фонах и тем самым резко снижающего концентрацию паров в полости контейнера.

Указанная цель достигается тем, что в качестве ингредиентов состава используют водорастворимую соль алюминия, едкую щелочь и силикат натрия в виде водных растворов в определенном соотношении. При смешивании ингредиентов образуется гелеобразный гидроксид алюминия, обладающий при определенном pH высокой реакционной активностью по отношению к фосфорорганическим веществам. Силикат натрия обеспечивает устойчивость геля и создает необходимую консистенцию системы за счет увеличения ее тиксотропности. Полученный гель равномерным слоем наносят на внутреннюю поверхность контейнера, в которой помещают аварийную емкость, например, боеприпас с фосфорорганическим веществом.

Ниже приведены примеры, демонстрирующие получение гелеобразного состава из ингредиентов и эффективность покрытия на его основе по отношению к зарину, зоману и веществу Vх.

Испытания эффективности покрытия проводили в модельных контейнерах - стальных цилиндрических емкостях объемом 1,25л, снабженных герметизирующей крышкой со штуцерами для отбора проб воздуха на анализ. Хемосорбирующий состав в количестве 30 г, изготовленный согласно п. 2 формулы изобретения, наносили равномерно на внутреннюю цилиндрическую поверхность контейнера площадью около 600 см². Через 10-30 мин на дно помещали широкие бюксы с фиксированной массой фосфорорганического вещества, после чего контейнер герметизировали.

Концентрацию паров внутри контейнера определяли экспрессной биохимической методикой, откалиброванной на концентрации от 1 до 1000 предельно допустимых концентраций (ПДК) в воздухе, составляющих для зарина, зомана и Vx - 1•10^-7, (1-3)•10^-8 и 5•10^-9 мг/л соответственно. Концентрации большие, чем 1000 значений ПДК, количественно не определяли, считая снижение концентраций паров до таких уровней, недостаточно эффективным.

Минимально вносимая навеска ФОВ составляла 0,2 г, что значительно превышает массу, необходимую для создания насыщенных паров в контейнере. По достижении эффективного снижения концентрации паров бюксы в контейнерах заменяли на другие с большими навесками для определения сорбционной мощности покрытия. Вносимые в контейнер навески моделируют вытекание вещества из аварийных емкостей в реальных условиях.

Серии контейнеров с хемосорбирующими покрытиями и навесками ФОВ различной массы выдерживали до снижения в них содержания паров до безопасных или малоопасных концентраций (1-100 ПДК). Параллельно для сравнения ставили контрольные пробы - контейнеры без хемосорбирующего покрытия с минимальной навеской вещества 0,2 г.

Пример 1. Испытания эффективности хемосорбционного покрытия по отношению к зарину
К раствору 17,6 г алюминия азотнокислого 9-водного в 40 г воды при перемешивании добавляли смесь растворов 7,2 г едкого натра в 40 г воды с 15,2 г 40%-ного раствора силиката натрия (жидкое стекло). Полученную гелеобразную массу порциями по 30 г поместили в 4 контейнера и кистью распределили по их цилиндрическим поверхностям.

Через 10-15 мин на дно контейнеров поместили бюксы с навесками зарина массой от 0,2 до 2,0 г. В чистый контейнер без покрытия поместили бюкс с 0,2 г зарина (контрольная проба). Один раз в сутки отбирали пробы воздуха из контейнера для анализа, Для определения хемосорбционной мощности покрытия и времени его работоспособности в контейнер с максимальной навеской зарина по достижении в нем безопасной концентрации паров вносили бюксы с новыми порциями зарина по 2,0 г.

Результаты определения концентрации паров зарина в контейнерах с хемосорбционным покрытием с различными навесками жидкого зарина в сравнении с контрольной пробой (0,2 г зарина в чистом контейнере) приведены в табл. 1.

Как видно из приведенных данных, снижение концентрации паров зарина от более, чем 100-кратного количества жидкого вещества, необходимого для создания насыщенных паров в контейнере (11,3 мг/л), до безопасных уровней 1.10 ПДК происходит в течение 2-3 суток. Концентрация паров зарина в контрольном контейнере лишь к концу 3-го месяца испытаний снизилась до уровня 10^-5 мг/л.

Испытания показали, что хемосорбционное покрытие не снижает своей активности не менее 1 месяца, нейтрализуя при этом не менее 10 г зарина.

Хемосорбционное покрытие общей массой 500-550 г на площади 1 м² реального контейнера сможет нейтрализовать не менее 150 г зарина.

Пример 2. Испытания эффективности хемосорбционного покрытия по отношению к зоману
К раствору 18,0 г сернокислого алюминия 18-водного в 40 г воды при перемешивании добавили смесь растворов 4,8 г едкого натра в 40 г воды с 17,2 г 40%-ного раствора силиката натрия. По 30 г полученной гелеобразной массы равномерно распределили по цилиндрическим поверхностям 4 контейнеров.

Результаты экспериментальной оценки хемосорбционной активности покрытия по отношению к зоману, проведенной аналогично примеру 1, изложены в табл.2.

Как видно из приведенных данных, снижение концентрации паров зомана от насыщенных, составляющих 3 мг/л, до уровня безопасных концентраций порядка 10^-7-10^-8 мг/л, т.е. в 10-100 млн. раз происходит в течение 4-5 суток. При этом навески вещества в контейнерах превышают необходимые для образования насыщенных паров в 50-500 раз.

Концентрация паров зомана в контрольном контейнере без покрытия за время эксперимента была выше 1000 ПДК (2•10^-5 мг/л), что относится к уровню опасных концентраций.

Хемосорбционная мощность 1 м² поверхности покрытия по зоману в реальном контейнере составит не менее 130 г.

Пример 3. Испытание эффективности хемосорбционного покрытия по отношению к веществу Vх
К раствору 18,0 г азотнокислого алюминия 9-водного в 40 г воды при перемешивании добавили смесь растворов 8,4 г едкого кали в 40 г воды с 13,6 г 40%-ного силиката натрия. По 30 г полученной гелеобразной массы равномерно распределили по цилиндрическим поверхностям 4 контейнеров.

В контейнеры поместили бюксы с навесками Vx от 0,2 до 2,0 г. Результаты определения концентрации паров Vх в сопоставлении с концентрацией паров в контрольном контейнере с навеской 0,2 г приведены в табл.3.

Полученные данные показывают, что снижение концентрации паров от насыщенных (около 5•10^-3 мг/л) до уровня порядка 100 ПДК (ПДК Vх - 5•10^-9 мг/л), т. е. до пограничного значения между диапазонами опасных и малоопасных концентраций происходит в течение 5-10 суток, после чего сохраняется стабильно на этом уровне. При этом подпитка газовой фазы в контейнере медленно испаряющимся веществом Vх происходит из навески жидкого Vx, в 40-400 тыс.раз превышающих расчетное количество для создания насыщенных паров.

Предлагаемое хемосорбционное покрытие может быть рекомендовано для снижения до малоопасных уровней зараженности воздуха в контейнерах с аварийными емкостями, заполненными ФОВ. При этом наибольшая эффективность применения покрытия достигается в случае течей из емкостей наиболее опасных из-за высокой летучести зарина и зомана.

Применение хемосорбирующего покрытия приведенного состава не затрудняет извлечение аварийной емкости из контейнера, в отличие от известного технического решения, значительно снижает опасность для обслуживающего персонала и вредное воздействие аварийных работ на окружающую среду. Токсичные фосфорорганические вещества не накапливаются в покрытии, а превращаются в нетоксичные продукты: алюминиевые соли кислот фосфора, фтористый алюминий, меркаптид алюминия, что не вызывает затруднений при утилизации отработанных покрытий.

Изобретение относится к области хранения и транспортировки токсичных веществ. Предложен состав хемосорбирующего покрытия, содержащий водорастворимую соль алюминия, едкую щелочь и силикат натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %: водорастворимая соль алюминия 10-15, едкая щелочь 4-7, силикат натрия 4-6, вода - остальное. Состав получают непосредственно перед нанесением на поверхность путем добавления при перемешивании водного раствора соли алюминия к смеси водных растворов едкой щелочи и силиката натрия. Хемосорбционное покрытие позволяет снизить до малоопасных уровней зараженность воздуха в контейнерах с аварийными емкостями, заполненными ФОВ. Наибольшая эффективность применения покрытия достигается в случае течей из емкостей зарина и зомана. 2 с.п. ф-лы, 3 табл.

1. Состав хемосорбирующего покрытия внутренней поверхности контейнера для аварийных емкостей с токсичными фосфорорганическими веществами, содержащий водорастворимую соль алюминия, едкую щелочь и силикат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Водорастворимая соль алюминия - 10 - 15
Едкая щелочь - 4 - 7
Силикат натрия - 4 - 6
Вода - Остальное до 100%
2. Способ получения хемосорбирующего покрытия внутренней поверхности контейнера по п. 1, отличающийся тем, что состав получают непосредственно перед нанесением на поверхность путем добавления при перемешивании водного раствора соли алюминия к смеси водных растворов едкой щелочи и силиката натрия.