CC BY
48
Меркушкин А.О.1, Обручиков А.В.2 ©
'К.х.н., старший научный сотрудник кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии; 2к.т.н., доцент кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
ИСПЫТАНИЕ ПОЛНЫХ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ ОКСИДА СЕРЕБРА, НАНЕСЕННОГО НА ПОРИСТУЮ ПОВЕРХНОСТЬ
Аннотация
В ходе работы получены серебросодержащие сорбенты для улавливания радиоактивного метилиодида. Установлено оптимальное время окисления металлического серебра на поверхности инертного носителя. В результате проведенных испытаний рассчитана степень очистки от радиоиода в газовой фазе.
Ключевые слова: газоочистка, сорбция иода, сорбция иодистого метила, йод-131, сорбенты. Keywords: gas purification, sorption of iodine, sorption of methyl iodide, iodine-131, sorbents
Одним из направлений повышения безопасности АЭС и других объектов атомной энергетики является обеспечение надежной защиты атмосферы и окружающей среды от загрязнения радиоактивным иодом, особенно в случае возникновения аварий. Радиоактивный иод находится в газообразных радиоактивных отходах (ГРО) в нескольких формах -аэрозольной, молекулярной и в виде органических соединений. Основная трудность в обеспечении эффективной очистки ГРО от радиоиода состоит в том, что в них в значительном количестве (до 60%) присутствует трудноулавливаемая форма иода - метилиодид [1, 27].
Для удаления органических форм иода из газовых потоков применяются сорбенты, импрегнированные нитратом серебра, например, «Силоксид» и АС6120 - гранулированные сорбенты на основе силикагеля. В качестве пористого неорганического носителя для сорбентов широко применяются также различные цеолиты и оксиды металлов (Al2O3, TiO2). Такие сорбенты эффективно улавливают из паровоздушных потоков различные формы иода с коэффициентом очистки более 104 [2, 13]. Основным их недостатком является высокая растворимость азотнокислого серебра в воде, что обуславливает вероятность потери сорбционной эффективности в присутствии капельной влаги.
Целью настоящей работы является получение и испытание неорганического сорбента, обладающего способностью извлекать из паровоздушного потока радиоиод в форме иодистого метила, сохраняя при этом свою эффективность во влажном воздухе.
Ранее был описан способ нанесения на оксидную керамику металлического серебра, равномерно занимающего всю поверхность носителя [3, 40]. В качестве окисленной формы серебра для более эффективного извлечения радиоактивного метилиодида из газового потока нами выбран Ag2O, как нерастворимый в воде, в отличие от AgNO3.
Окисление проводили погружением пористой керамики с нанесённым на её поверхность серебром в водный раствор, содержащий 4 г/л KMnO4 и 4 г/л NaOH. На рис. 1 представлены рентгеновские дифрактограммы слоя серебра после окисления в течение 10, 20, 60, 90 и 180 минут.
Видно, что окисление протекает достаточно быстро, последние следы рефлексов металлического серебра на дифрактограмме исчезают после трёх часов окисления.
© Меркушкин А.О., Обручиков А.В., 2014 г.
Рис. 1. Рентгеновские дифрактограммы окисленной поверхности серебра
Для определения общего содержания серебра сорбент обрабатывали концентрированной азотной кислотой, промывали и определяли содержание Ag в водной фазе титрованием по методу Фольгарда. Были подготовлены две партии образцов оксидной керамики с конечной концентрацией по металлу 0,5% и 1,5%.
Испытание приготовленных сорбентов проводили на контрольно-исследовательском иодном стенде РХТУ им. Д.И. Менделеева в секционированной колонке (0 50 мм, рис. 2) [4,10] при следующих условиях:
- температура 30,0±0,2 оС;
- относительная влажность 90,0±1,5 %;
- линейная скорость газового потока 8,5 см/с;
- высота слоя сорбента 5,0±0,1 см;
- время контакта с CH3131I 15 мин.
Рис. 2. Колонка для испытаний сорбента: 1 -съемная крышка с входным патрубком; 2 - секция с сорбентом; 3 - направляющий стержень; 4 -днище с выходным патрубком
После испытания определяли активность каждого слоя сорбента и проскок активности через колонку на гамма-рентгеновском спектрометре по энергетической линии 364 кэВ. Полученные результаты представлены в табл. 1. Для сравнения также показана сорбционная способность керамики на основе оксида алюминия, содержащего 0,5% и 1,5% металлического серебра.
Таблица 1
Распределение СНз1311 по слоям керамического серебросодержащего сорбента
№ слоя доля уловленного радиоиода в сорбенте
0,5% Ag 1,5% Ag 0,5% Ag2O 1,5% Ag2O
1 0,034 0,045 0,248 0,215
2 0,028 0,072 0,210 0,194
3 0,030 0,043 0,165 0,163
4 0,019 0,035 0,089 0,106
5 0,058 0,089 0,037 0,090
Проскок 0,832 0,716 0,252 0,231
степень очистки, % 16,8 28,4 74,8 76,8
Результаты испытания показали, что металлическое серебро, как и ожидалось, практически не улавливает радиоиод в форме метилиодида. Тогда как резкое увеличение эффективности сорбции наблюдается в случае испытания сорбентов, содержащих окисленную форму серебра. Увеличение количества металла в сорбенте не приводит к существенному увеличению степени очистки, т.к, по всей видимости, практически вся поверхность носителя заполнена Ag2O.
Таким образом для более эффективного улавливания органических форм радиоиода следует использовать инертный носитель с более развитой поверхностью, либо применять другие соединения металлов, способные окислять иодистый метил значительно быстрее, чем оксид серебра.
Литература
1. Казаков В. А. - Экспериментальные исследования выхода радиоактивного иода в технологические помещения АЭС при истечении теплоносителя первого контура // Радиационная безопасность и защита АЭС. М.: «Энергоатомиздат». 1983. вып. 8. 49 с.
2. Кулюхин С.А. и др. - Химия радиоактивного иода в газовой среде: фундаментальные и прикладные аспекты // Радиохимия. - 2008. - Т.50. №1. - С. 3-21.
3. Меркушкин А.О., Обручиков А.В. - Влияние сенсибилизации поверхности на морфологию пленок серебра, осаждаемых из раствора: Материалы конференции «Бъдещите изследвания - 2014», 17-25 февраля 2014 г. София / Химия и химические технологии. - Т.42. - С. 39-41.
4. Обручиков А.В., Широков В.В., Растунов Л.Н. Создание контрольно-исследовательского иодного стенда / Сб. науч. тр. МКХТ “Успехи в химии и химической технологии”. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008. Т. XXII. № 8. С. 9 - 12.
