CC BY
35
УДК 66.092.4
Григоренко Р.И., Обухов Е.О., Давидханова М.Г., Грунский В.Н.
АДСОРБЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ РАДИОАКТИВНОГО ЙОДА НА ВЫСОКОПОРИСТЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ ЯЧЕИСТОЙ СТРУКТУРЫ
Григоренко Роман Игоревич, аспирант 1-го года обучения кафедры общей химической технологии, e-mail: roman.grigorencko2016@vandex.ru;
Обухов Евгений Олегович, аспирант 3-го года обучения кафедры общей химической технологии; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20.
Давидханова Мария Григорьевна, к.т.н., доцент кафедры общей химической технологии, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия;
Грунский Владимир Николаевич,д.т.н., профессор кафедры общей химической технологии, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия;
Исследование высокопористых блочных катализаторов ячеистой структуры на основе активного компонента AgNO3 в методе улавливания летучих форм радиоактивного йода.Проведены испытания по улавливанию метилйодида на керамических высокопористых блочно-ячеистых сорбентах с нанесенным активным слоем из серебра и нитрата серебра в инертной среде. Определена эффективность улавливания йодистого метила на керамических сорбентах.
Ключевые слова: радиоактивный йод, блочные катализаторы ячеистой структуры, катализ.
ADSORPTION OF RADIOACTIVE IODINE COMPOUNDS ON HIGH-POROUS BLOCK CATALYSTS OF CELLULARE STRUCTURE
Grigorenko R.I., Obukhov E.O., Davidkhanova M.G., Grunsky V.N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Investigation of highly porous block catalysts of cellular structure on the basis of the active component AgNO3in the method for trapping volatile forms of radioactive iodine. Tests have been conducted to capture methyl iodide on ceramic highly porous block-cellular sorbents with an active layer of silver and silver nitrate applied in an inert medium. The efficiency of methyl iodide capture was determined on ceramic sorbents.
Keywords: radioactive iodine, block catalysts of cellular structure, catalysis.
Одна из важных проблем в области экологии атомной энергетики, в частности к очистке воздушных потоков, в вентсистемах АЭС, содержащих радиоактивный йод. Один из способов очистки воздуха от газообразных соединений радиоактивного йода заключается в их улавливании сорбционно-фильтрующими материалами.
В воздушных выбросах из атомных реакторов радиоактивный йод содержится в виде аэрозолей и газообразных соединений: паров молекулярного йода (12), йодоводорода (Н1), йодатов и различных органических соединений, в частности йодистого метила (СН31). В современной технике для очистки газов от радиоактивного йода используют различные фильтрующие и сорбирующие материалы, способные улавливать аэродисперсные и газообразные продукты радиоактивного йода. Содержание СН31 в воздухе вентсистем составляет 60-85%, поэтому для эффективной очистки сбрасываемого воздуха необходима полнота поглощения СН31. При этом следует учитывать, что коэффициент динамической адсорбции СН31 на активированном угле в 30-50 раз ниже по сравнению с 12, что приводит к необходимости увеличения площади поверхности для достижения полноты поглощения СН31.Механизм сорбционного улавливания радиойода заключается в диффузии к поверхности сорбента, диффузии внутри
пор и в последующей хемосорбции или изотопном обмене, а также физической адсорбции на поверхности пор.
Для улавливания радионуклидов йода в вентиляционных воздушных потоках на АЭС в основном используются сорбционные насыпные фильтры на основе активных углей, импрегнированных различными соединениями: йодидами различных металлов (К, Л!, Zn, Pb, Sn, Т^ Ba); органическими веществами (производными аминов, фенола); серебром и его соединениями, а также их смесями. Однако адсорбенты, основанные на активированном угле, несмотря на пропитку, остаются источниками взрыво- и пожароопасности, поэтому их нельзя использовать при повышенных температурах. В случае повышения относительной влажности очищаемого газа свыше 90% активированные угли плохо улавливают наиболее трудносорбируемый органически связанный метилйодид, образование которого возможно под действием ионизирующего излучения, а содержание в отходящих газах может достигать 30%. К недостаткам угольных сорбентов также можно отнести унос в процессе эксплуатации, трудности при перегрузке и регенерации насыпного фильтрующего материала.
В качестве сорбционно-фильтрующего материала был выбран высокопористый носитель ячеистой структуры (ВПЯН). ВПЯН должен обладать определенным комплексом характеристик. Нанесение активного компонента на сорбционно-фильтрующий материал с одной стороны повышает скорость адсорбции за счет одновременной работы нескольких механизмов сорбции (физическая, химическая -присоединение, замещение атома водорода в матрице; изотопный обмен), с другой стороны увеличивает необратимость сорбции.
Для получения керамических ВПЯМ был использован метод пропитки полимерной матрицы керамическим шликером и последующим спеканием компонентов шликера при высокой температуре с образованием прочного каркаса. Полученный керамический ячеистый материал является своеобразной репликой структурообразующей полимерной матрицы.
Главными компонентами стандартного состава шликера являются: инертный наполнитель, основное связующее, спекающие добавки и временное технологическое связующее.В качестве инертного наполнителя использовали электроплавленный корунд ЭПК марки Б-360, имеющий высокую химическую стойкость и прочность, со средним размером зерна 10 мкм.В качестве основного связующего компонента использовали порошок фарфоровой массы марки ПФЛ-1. Временной технологической связкойявляется водный раствор поливинилового спирта ПВС марки 8/2 ГОСТ 1074969. Все выбранные наполнители имеют высокие термомеханические характеристики и узкий диапазон зернистости, что дает возможность получать высокопористые и термостойкие материалы с перемычками заданной пористости и низкой объемной усадкой
Керамический сорбент для улавливания радиоактивного йода и его соединений из газовой фазы, состоящий из пористой основы, пропитанной азотнокислым серебром, отличающийся тем, что пористую основу изготавливают из
ретикулированного пенополиуретана с размером ячейки 0,5-1,2 мм пропиткой последнего шликером, содержащим в основном а-оксид алюминия, с последующей подсушкой и прокаливанием (рис. 1). На полученный жесткий каркас из керамического
высокопористого блочно-ячеистого материала с общей открытой пористостью 85-90%, содержащий более 90% а-АЮ, для развития поверхности наносят активную подложку, пропитывая его раствором алюмозоля с последующей сушкой и термообработкой до содержания у-АЮ, равного 6,0...6,5 мас.%; далее на полученный носитель после вакуумирования и предварительного нагрева методом последовательной пропитки водным раствором азотнокислого серебра и термообработки наносят сорбционно-активный слой с содержанием активного компонента AgNO, равным 8.18 мас.%
Рис. 1. Структура поверхности образца К 30
Сущность опыта состоит в том, что в кювету с йодом подается воздух, нагнетаемый компрессором с расходом 2 л/мин. Воздух подается с целью интенсификации процесса испарении. Воздушная йодовая смесь поступает в реактор, реакционная зона которого нагревается трубчатой печью до определенной температуры. Далее смесь проходит через каталитический слой, представляющий собой 4 керамических блока с определенными диаметрами и высотой (см. табл. 1 и 2). Количество катализаторов подбирается исходя из температурного градиента реакционной зоны. Соответственно в процессе прохождения воздушной смеси через каталитическую зону, йод адсорбируется на слое катализатора. На выходе получается чистый воздух. Данное явление обусловлено путем соотношения масс улетучиваемого йода и йода, адсорбировавшегося на катализаторе.
Таблица 1 Испытания по адсорбции метилйодида на ВПЯН ^ 30) с нанесенным нитратом серебра
Нумерация образцов Массы образцов (г)
Первичный обжиг Вторичный обжиг После нанесения золя После нанесения нитрата серебра После адсорбции йода Б/Ь, мм Степень адсорбции, %
№1 не взвешивался 6,34 7,10 7,59 7,86 28/30 3,6
№2 не взвешивался 6,58 7,13 7,58 7,87 3,8
№3 не взвешивался 6,61 7,12 7,60 7,87 3,6
№4 6,50 Не проводился 7,14 7,57 7,86 3,8
Таблица 2 Испытания по адсорбции метилйодида на ВПЯН ^ 45) с нанесенным нитратом серебра
Нумерация образцов Массы образцов (г)
Первичный обжиг Вторичный обжиг После нанесения золя После нанесения нитрата серебра После адсорбции йода Б/Ь, мм Степень адсорбции, %
№1 9,46 не проводился 10,16 10,65 11,67 28/30 9,6
№2 не взвешивался 9,57 10,14 10,63 11,65 9,6
№3 9,48 не проводился 10,15 10,64 11,66 9,6
№4 не взвешивался 9,59 10,17 10,66 11,67 9,5
Рис.2. Сравнение степени адсорбции образцов R 30 и R 45
Данный метод позволяет повысить степень очистки существующими сорбционно-
фильтрующими материалами воздуха и технологических газов от трудносорбируемых газообразных
фракций радиойода, особенно, при повышенной вла жности. Характеристики керамических
высокопористых блочно-ячеистых сорбентов позволяют повысить производительность и уменьшить в несколько раз размеры аппаратов газоочистки, продлить срок эксплуатации сорбентов, повысить эффективность использования
дорогостоящего серебра.
Список литературы
1. Грунский В.Н. диссертация Малообъемные блочные высокопористые каталитические и сорбционные системы ячеистой структуры для очистки от вредных примесей в жидкофазных и газофазных процессах: дис. докт. техн. наук. — М., 2009. — С. 117-122 с.
2. Газоочистка и контроль газовых выбросов АЭС. /Нахутин И.Е., Очкин Д. В. и др./М.: Энергоатомиздат, 1993.
3. Крицкий В.Г. и др., Анализ эффективности йодных угольных адсорберов. Атомная энергия, т.83, вып. 1, 1997, с.44-49.
4. Диденко Л.Г., Фатькин А.Г., Радиационная безопасность и защита АЭС. Вып.9, 1985, с.146.
