Способ получения хемосорбента для поглощения продуктов деления ядерного топлива

Изобретение относится к области защиты окружающей среды от радионуклидов. Сущность изобретения: способ получения хемосорбента для поглощения продуктов деления ядерного топлива - радионуклидов йода, рутения и их летучих соединений включает импрегнирование активированного угля триэтилендиамином и сушку при температуре 110-130°С. При этом используют активированный уголь из каменноугольного сырья с объемом микропор v_ми=0,28-0,33 см³/г и суммарным объемом пор v_Σ=0,85-1,0 см³/г. Импрегнирование активированного угля ведут до содержания триэтилендиамина 1-2% от веса основы. Проводят сушку в электропечах и рассев. Преимущества изобретения заключаются в повышении качества хемосорбента. 1 табл.

 

Изобретение относится к области адсорбционной техники, атомной энергетики, экологии и может быть использовано для улавливания радионуклидов йода и рутения, а также их летучих соединений (в том числе йодистого метила и четырехокиси рутения) из газообразных выбросов как в условиях нормальной эксплуатации АЭС, ядерных установок, так и в случае аварии на них.

Известны способы получения хемосорбента (поглотителя) на пористой основе с пропиткой солями йодидов металлов (США, кл. 252.429, пат.№ 4111833), действие которых основано на изотопном обмене. Поскольку изотопный обмен протекает с меньшей скоростью, чем химические реакции, эти сорбенты уступают по своей эффективности предложенному.

Известен близкий к предложенному по технической сущности и достигаемому результату способ получения хемосорбента, в котором в качестве импрегнантов используются амины с нитратами серебра (Великобритания, кл. B 1 L, пат. №1571052).

Недостатками данного способа являются дороговизна получаемого угля из-за использования драгметалла - азотнокислого серебра и его неудовлетворительная надежность из-за использования первичных аминов, которые отрабатываются по диоксиду углерода, содержащемуся в воздухе.

Наиболее близким к предложенному по назначению и наибольшему количеству совпадающих существенных признаков является способ, изложенный в описании к патенту РФ №2218985, кл. B 1 J 20/20 от 19.06.02 и заключающийся в том, что одну часть активного угля одной партии с объемом микропор не менее 0,4 см³/г пропитывают раствором соединений меди, хрома, серебра и триэтилендиамина, а другую - раствором хлорида никеля. Обе части сушат при температуре выше 100°С до требуемого влагосодержания с последующим механическим перемешиванием. Этот способ принят за прототип предлагаемого изобретения.

Недостатком протитопа является сложность и многостадийность получения хемосорбента из-за большого количества хемосорбционных добавок, наносимых на активный уголь, соблюдения последовательности нанесения и периодичности сушки, а также дороговизна получаемого хемосорбента.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности защиты окружающей среды от радиоактивного загрязнения при нормальных условиях работы АЭС, а также в аварийных ситуациях.

Техническим результатом, полученным при решении указанной задачи, является создание простого способа получения более надежного, дешевого, с повышенными сорбционными свойствами поглотителя продуктов деления ядерного топлива, в частности радионуклидов йода, рутения и их летучих соединений.

Указанный технический результат достигается тем, что в предложенном способе получения хемосорбента для поглощения продуктов деления ядерного топлива, включающем импрегнирование пористой основы триэтилендиамином и сушку при температуре 110-130°С, в качестве основы берут активированный уголь из каменноугольного сырья с v_ми=0,28-0,33 см³/г и v_Σ=0,85-1,0 см³/г, а импрегнирование ведут до содержания триэтилендиамина 1-2% от веса основы.

Отличие предложенного способа от прототипа заключается в том, что в качестве основы берут активированный уголь из каменноугольного сырья с v_ми=0,28-0,33 см³/г и v_Σ=0,85-1,0 см³/г, а импрегнирование ведут до содержания триэтилендиамина 1-2% от веса основы.

Способ осуществляют следующим образом: берут активный уголь АГ с определенной микропористой структурой - v_ми=0,28-0,33 см³/г, v_Σ=0,85-1,0 см³/г, наносят на него по влагоемкости 1-2% импрегнанта - триэтилендиамина (ТЭДА) и проводят сушку в электропечах при температуре 110-130°С.

Влияние v_ми и v_Σ на коэффициент очистки по парам J-131 выведено на основании многочисленных экспериментов и приведено в таблице 1.

Таблица 1
№ п/п	Объем микропор, vми, см3/г	Суммарный объем пор vΣ, см3/г	Степень очистки по парам J-131, %
1	0,18	0,68	90,00
2	0,22	0,72	97,50
3	0,28	0,80	99,90
4	0,30	0,85	99,99
5	0,33	0,90	99,99
6	0,36	0,95	99,95
7	0,30	1,10	99,92
8	0,25	1,20	99,30
9	0,20	1,30	96,80

Аналогичная степень очистки достигается при испытаниях заявляемого хемосорбента и по парам радионуклида рутения и его летучих соединений.

В результате многочисленных исследований и проведения лабораторных и опытных работ по изготовлению различных образцов хемосорбента (поглотителя) АГ-И было установлено, что оптимальная степень очистки по радионуклидам йода и рутения (99,99%) достигается только в заявляемом интервале v_ми и v_Σ.

Это объясняется тем, что каждому акту хемосорбционного связывания йода и рутения с импрегнантом - триэтилендиамином, нанесенным на пористую основу угля АГ, должен предшествовать акт адсорбции их в микропорах, т.е. удержания в адсорбированном состоянии для протекания химической реакции, а это, как показали опытные данные, может достигаться при наличии развитой пористой структуры угля АГ с v_ми=0,28-0,33 см³/г и v_Σ=0,85-1,00 см³/г.

При развитии пористой структуры активных углей в процессе прогрессирующей активации в начале происходит образование микропор при общем увеличении суммарного объема. Этот процесс продолжается до образования максимального объема микропор, характерных для каждого вида угля, а затем с дальнейшим увеличением суммарного объема пор объем микропор начинает уменьшаться, а их размер увеличиваться.

На непористой основе: фильтрующий материал ФМС (фильтрующий материал стеклянный), ФПАН (фильтрующий материал полиакрилонитрильный) и других, подобных им, эта химическая реакция йода и рутения с триэтилендиамином практически не проходит.

Что касается выбранного интервала температуры сушки, предложенного в данном изобретении, то он основан на результатах проведенных экспериментов и обосновывается двумя положениями:

1) во-первых, необходимо освободить микропоры и мезопоры от паров воды, чтобы они были доступны для адсорбции радионуклидов йода и рутения, а также их летучих соединений, с целью протекания химической реакции их с импрегнантом - триэтилендиамином;

2) во-вторых, не превысить температуру сушки поглотителя, чтобы при этом не испарился импрегнант - триэтилендиамин, температура кипения которого 148°С.

На основании вышеприведенного обоснована температура сушки хемосорбента - 110-130°С.

Таким образом, предложенный способ позволяет получать эффективный поглотитель радионуклидов йода и рутения, а также их летучих соединений (CH₃J - йодистого метила и RuO₄ - четырехокиси рутения) на более дешевом и доступном сырье - каменном угле. Следует отметить, что полученный поглотитель не только превосходит прототип по эффективности улавливания йода и его летучих соединений, но и дополнительно способен поглощать рутений и его летучие соединения.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение технического результата, а именно: создание более надежного, эффективного, дешевого поглотителя радионуклидов йода, рутения и их летучих соединений, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.

Способ получения хемосорбента для поглощения продуктов деления ядерного топлива - радионуклидов йода, рутения и их летучих соединений, включающий импрегнирование активированного угля триэтилендиамином и сушку при температуре 110-130°С, отличающийся тем, что используют активированный уголь из каменноугольного сырья с объемом микропор v_ми=0,28-0,33 см³/г и суммарным объемом пор v_Σ=0,85-1,0 см³/г, импрегнирование активированного угля ведут до содержания триэтилендиамина 1-2% от веса основы, проводят сушку в электропечах и рассеивают.