Научная статья на тему 'Кинетика восстановления диоксида технеция водородом'

Кинетика восстановления диоксида технеция водородом Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
119
19
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
труды учёных ТПУ / электронный ресурс / диоксид технеция / кинетика восстановления / металлический технеций / водород / кинетические исследования / реакторы проточного типа / уравнение топохимической кинетики / интервалы температур

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Жерин Иван Игнатьевич, Скачкова Е. И., Торгунаков Ю. Б., Усов Владимир Фёдорович, Водянкин Алексей Юрьевич

Приведены кинетические исследования восстановления ТсО2 водородом в реакторе проточного типа в интервале температур 700 790 °С. Показано, что реакция описывается уравнением топохимической кинетики с энергией активации 103,89 ± 0,10 кДж/моль. Выведено кинетическое уравнение реакции восстановления ТсО2 до металлического технеция в указанном интервале температур.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Жерин Иван Игнатьевич, Скачкова Е. И., Торгунаков Ю. Б., Усов Владимир Фёдорович, Водянкин Алексей Юрьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

KINETIC OF TECHNETIUM DIOXIDE REDUCING BY HYDRIGEN

In work are adducing the kinetic research of Tc02 reducing by hydrogen in running type reactor at the temperature spacing 700-790 °C. Is shown, that the reaction are described thopochemical kinetic equation with activation energy 103,89+0,10 kJ/mol. Described the kinetic equation of Tc02 reducing by hydrogen at the temperature spacing 700-790 °C.

Текст научной работы на тему «Кинетика восстановления диоксида технеция водородом»

УДК 546.79.66.094.402

КИНЕТИКА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДИОКСИДА ТЕХНЕЦИЯ ВОДОРОДОМ

И.И. Жерии, Е.И. Сачкова, Ю.Б. Торгунаков*, В.Ф. Усов, А.Ю. Водянки»

Томский политехнический университет, ФГУП "Сибирский химический комбинат"

Приведены кинетические исследования восстановления Тс02 водородом в реакторе проточного типа в интервале температур 700 - 790 °С. Показано, что реакция описывается уравнением топохи-мической кинетики с энергией активации 103,89 ±0,10 кДж/моль. Выведено кинетическое уравнение реакции восстановления Тс02 до металлического технеция в указанном интервале температур.

В процессе получения из отработанного ядерного топлива гексафторида урана последний содержит микропримеси радионуклидов, одним из которых является технеций в виде гексафторида. Для изучения способов выделения гексафторида технеция (ТсРб) из газового потока необходимо опытное (лабораторное) исследование синтезированной модельной смеси гексафторидов урана и технеция. Для этих целей проводили синтез гексафторида технеция фторированием металлического технеция, полученного из ТсОт- 21ЬО.

В монографии [1] подробно дан обзор по способу получения металлического технеция термодинамическим разложением его солей в токе водорода или инертной атмосфере, а также электрохимическим восстановлением пертехнетатов. О получении металлического технеция из промышленного диоксида технеция термическим разложением в токе водорода сказано несколько слов и приведены результаты анализов только лишь по примесям. Как были выполнены эти исследования и где опубликованы результаты, к сожалению, в литературе не найдено. В работе Коббла [2] отмечается, что при восстановлении водородом солей с 7 валентным технецием первая стадия протекает при температуре 200-225 °С до получения Тс02 и только на второй стадии при температурах 600-800 °С в течении часа происходит восстановление до металла. Причём в атмосфере водорода получается спектрально чистый технеций, но кинетического анализа этого процесса не проводилось. Поэтому нами были проведены кинетические исследования процесса восстановления оксида технеция до металлического технеция в токе водорода из промышленного диоксида технеция.

Восстановление технеция из ТсСЬ- 2НЬО проводили в два этапа на экспериментальной установке, схема которой изображена на рис.1. На первом этапе навеску Тс02- 2Н?0 в никелевой лодочке 3 помещали в никелевый реактор и прокаливали при температуре 400 ± 3 °С в трубчатой печи 2 для удаления влаги. Выделяющую воду поглощали в предварительно взвешенную и-образную трубку, наполненную Р2О5 (Р4О10). Затем реактор продували слабым током осушенного на Р2О5 аргона и охлаждали до комнатной температуры. Лодочку с ТсО? помещали в эксикатор, а затем взвешивали в «сухом» боксе в атмосфере азота. По разности масс чистой лодочки и с навеской определяли массу выделившейся воды и сравнивали эту величину с массой воды, определенной по поглощению пентаоксидом фосфора. Баланс по воде составил 99,1 ± 0,5 % мае. от теоретического.

Полученный порошок диоксида технеция разделили на три части и проводили восстановление в протоке водорода при температурах 700, 750 и 790 ± 5 °С. Выбор температурного интервала объясняется тем, что при температуре ~ 900 °С диоксид технеция возгоняется [3]. Навеску Тс02 в никелевой лодочке помещали в реактор, нагревали до 700 °С в слабом токе аргона (в склянке Дрекселя). Затем отключали аргон и пускали очищенный от влаги водород с такой же скорос-

тью. Схема реакции восстановления: ТсСЬ + 2 Нг —> Тс + 2 ЬЬО. Поэтому выход технеция определяли по массе выделившейся воды и поглощенной Р2О5 через некоторые промежутки времени. Аналогично проводили реакции восстановления при температурах 750 и 790 °С.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки получения металлического технеция: 1 - реактор; 2 - трубчатая печь; 3 - никелевая лодочка; 4 - термопара ХА; 5 - ротаметр

Найденные зависимости степени восстановления технеция из его диоксида в интервале температур 700 - 790 °С от времени т представлены на рис. 2. Как видно из приведенных данных, реакция протекает без индукционного периода и практически полностью за 20 - 40 мин.

Полученные экспериментальные данные зависимости степени восстановления технеция а от времени обработаны по уравнению (1) топохимической кинетики [4], имеющему вид

к = (1)

I

к ч о

of я к 2 а о я

св

Н

О

о о

СО Л

я о

т, мин

т. мин

Рис. 2. Зависимость степени восстановления Тс02 от времени протекания процесса (кр. 1), 750 (кр. 2) и 790 °С (кр. 3)

Рис. 3. Зависимость [1-(1-а)1/3] от времени т при 700 (кр. 1), 750 (кр. 2) и 790 °С (кр.3) т при 700

и представлены на рис. 3 в виде зависимости 1-(1-а)ш =/(т). Из рисунка видно, что экспериментальные данные удовлетворительно линеаризуются этим уравнением. По тангенсу угла наклона к прямым определены константы скорости реакции (К) при температурах 700 - 790 °С и представлены в таблице 1.

Зависимость константы скорости от температуры в аррениусовых

In К

ГЧО'3, К

координатах In к = /

представле-

Рис. 4. Зависимость логарифма константы скорости реакции от обратной температуры

на на рис. 4. Найденные из графика энергия активации (Ей) и предэкспоненциальный множитель (ко) представлены в таблице.

Таблица

Кинетические параметры реакции восстановления Тс

Температура, К k, мин"1 ko, мин"1 Ей, кДж/моль

973,15 0,0175

1023,15 0,0300 6375,2 103,83±0,10

1063,15 0,0495

Как видно из приведённых данных, кинетика процесса подчиняется топохими-ческому уравнению (2), характеризующему реакцию при помощи модели сокращающейся сферы [4]. Найденные кинетические характеристики (энергия активации и предэкспоненциальный множитель) позволяют предположить, что твёрдый продукт (металлический технеций) не оказывает сопротивление диффузии газообразных реагентов, и скорость процесса лимитируется химической реакцией.

Степень восстановления ТсОг водородом до металлического технеция в интервале температур 973-1063 К описывается кинетическим уравнением

У 103830

(1-а/з =1-6375,2-е RT ,х ; (2)

где а - степень восстановления технеция, доли; Т - температура процесса, К; R - универсальная газовая постоянная, равная 8,314 к)' т ~ время реагиро-

вания, мин.

Литература

1. Спицын В.И., Кузина А.Ф. Технеций.-М.: Наука, 1981. 147с.

2. Cobble IM etal. //1. Amel. Chem. Soc. V.74. P. 1852 -1952.

3. Руководство по неорганическому синтезу. / Под ред. Г. Брауэра, М.: Мир, 1985. Т.5. с.1702.

4. Будников ПЛ., Гистлинг A.M. Реакции в смесях твёрдых веществ. -М.: стройиздат,1965.

KINETIC OF TECHNETIUM DIOXIDE REDUCING BY HYDRIGEN

I.I. Zherin, E.I. Sachkova, Yu.B. Torgunakov , V.F. Usov, A.Yu. Vodyankin

Tomsk polytechnic university, FSUE "Siberian chemical combine"

In work are adducing the kinetic research of Tc02 reducing by hydrogen in running type reactor at the temperature spacing 700-790 °C. Is shown, that the reaction are described thopochemical kinetic equation

with activation energy 103,89+0,10 kJ/mol. Described the kinetic equation of Tc02 reducing by hydrogen at the temperature spacing 700-790 °C.

УДК 697.942.001.2

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ ВОЛОКНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ

ОЧИСТКИ ВОЗДУХА

В.В. Бордунов, C.B. Бордунов, A.C. Ситников*, И.А. Соболев

Институт химии нефти СО РАН (г. Томск), Томский государственный педагогический университет

В работе представлены экспериментальные исследования очистки воздуха волокнистыми материалами, полученными из отходов термопластов на установке безфильерного формования волокон. Экспериментальные исследования показали, что волокнистый филыр способен работать в широком диапазоне скоростей фильтрации. Предлагаемые волокнистые материалы по своим физико-химическим характеристикам выгодно отличаются от традиционно применяемых материалов и поэтому могут быть рекомендованы для использования в системах очистки воздуха от широкого круга загрязнителей природного и антропогенного происхождения.

Одной из важных задач в обеспечении радиационной безопасности обслуживающего персонала и окружающей среды предприятий атомной промышленности является очистка воздуха производственных, помещений и вентиляционных систем. В настоящее время широкое применение на предприятиях атомной промышленности нашли волокнистые полимерные фильтрующие материалы для очистки воздуха от дисперсных частиц и аэрозолей. Фильтрующие полимерные материалы применяются в системах газоочистки перед выбросом газов в атмосферу и в средствах индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД).

Фильтрация - один из наиболее широко применяемых методов очистки загрязненных газовых выбросов при умеренных затратах. Данный метод остается вне конкуренции для обеспечения высокой эффективности улавливания очень мелких дисперсных частиц и аэрозолей, которые могут сорбировать на своей поверхности радионуклиды. Сравнительные данные по газоочистке приведены в табл. 1.

Таблица 1

Сравнительная характеристика основного оборудования газоочистки

Вид газоочистного Скорость газа Эффективность очистки (%) Гидравличе-

п/п оборудования в активной частиц размером, мкм ское сопро-

зоне, м/с До 1 мкм 1 -3 мкм 3*10мкм тивление, КПа

1 Электрофильтр 0,3 И,5 75-95 90-99 98*99 0,1*0,3

2 Скруббер Вентури 504-150 90-97 95-100 98*100 5*20

3 Волокнистые фильтры:

-низконапорные 0,01-0,1 92-99 96-100 100 0,5*5,0

-высокоскоростные 1*10 50-85 85*97 95*100 1,5*8,0

4 Сетчатые пакеты 2,5-4,5 20-40 70-90 90*98 0,2*1,0

Из приведенных данных видно, что низконапорная фильтрация газовых смесей с помощью волокнистых полимерных материалов является наиболее эффективным способом газоочистки.

При фильтрации загрязненных газов через слой волокнистого материала улавливание дисперсных частиц и аэрозолей происходит вследствие эффекта касания, 222

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.