Сорбция CH3 131I импрегнированными активированными углями Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

9

G И в Où to в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Nb 7 (112)

6. Claus Feldmann. Polyol-Mediated Preparation of Nanoscale Oxide Particles./ Claus Feldmann, Hans-Otto Jungk. // Angew. Chem. Int. Ed., 2001. V. 40. № 2. P. 359-362.

7. Johanne Mouzon. Alternative method to precipitation techniques for synthesizing yttrium oxide nanopowder./ Johanne Mouzon, Magnus Oden. // Powder Technology, 2007. V. 177. P. 77-82.

8. Agusti Sin. Gelation by Acrylamide, a Quasi-Universal Medium for the Synthesis of Fine Oxide Powders for Electroceramic Applications./ Agusti Sin, Philippe Odier. // Advanced Materials, 2000. V. 12. № 9. P. 649-659.

УДК 621.039.75:66.081.32

A.B. Обручиков, С.M. Лебедев, Э.П. Магомедбеков, JI.H. Растунов Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

СОРБЦИЯ СН31311 ИМПРЕГНИРОВАННЫМИ АКТИВИРОВАННЫМИ УГЛЯМИ

Determination of sorption ability of impregnated activated carbons for removal of ra-dioiodine from gaseous radioactive wastes at nuclear power plants was carried out on the "Control Research Iodine Stand". Trietilendiamine and complex salt based on barium iodide and trietilen-diamine were used as imprégnants. Obtained results indicate influence of both amount and ratio of imprégnants as well as their quality on the effectiveness of trapping radioiodine.

Определение сорбционной способности импрегнированных активированных углей, применяемых для удаления радиоиода из газообразных радиоактивных отходов на атомных электростанциях, проведено на «Контрольно-исследовательском йодном стенде». В качестве импрегнантов применены триэтилендиамин, а также комплексный импрегнант, полученный на основе ТЭДА и иодида бария. Полученные результаты позволяют сделать вывод о влиянии количества и соотношения импрегнантов, а также их качества на эффективность улавливания радиоиода.

Для обеспечения надежного h эффективного удаления радиоиода из газообразных радиоактивных отходов (ГРО) необходимо применение на АЭС качественных сорбентов, способных улавливать различные формы радиоиода, основными из которых являются аэрозольная, I2, Ш и CH3I [1]. Наиболее трудноулавливаемой формой является иодистый метил, содержание которого в ГРО может составлять до 80% от общего количества радиоиода [2].

Йодная очистка на АЭС основана на хемосорбционных процессах путем применения импрегнированных активированных углей. В качестве импрегнантов в основном применяют третичные амины или иодид калия [3].

Исследования проводили с активированными углями марки СКТ-3, 207В 5 TED А и NWC 6/12, импрегнированными триэтилендиамином (ТЭДА), а также комплексным импрегнантом на основе иодида бария (ВаЬ) и ТЭДА.

9

С Яг в X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. №7(112)

Индекс сорбционной способности вычисляли по экспериментальным данным по формуле (1):

А Ь

1п--сс-У— т

А-Ах Л и { >

где: а - индекс сорбционной способности (с"1), - показатель, характеризующий степень снижения концентрации радиоактивного метилиодида за одну секунду нахождения газового потока в объеме сорбента при данных условиях; А - суммарная активность радиоиода, введенная в сорбент (Бк); Ах - активность радиоиода на длине слоя сорбента (Бк); х < Ь - текущая координата (см); Ь - общая длина слоя сорбента (см); и - линейная скорость газа в полном сечении колонки (см/с); % - отношение свободного объема (Усв.) к полному объему, занятому сорбентом (Ус ), которое учитывает влияние размера и формы гранул испытуемого сорбента на индекс а.

Член х~ отражает фактическое время (т) нахождения объема газового потока в объеме сорбента (с), определяемое из соотношения:

— кол

где Окол - объемная скорость газового потока в колонке при условиях испытаний (см3/с).

Свободный объем для углей различной грануляции определяли по массе жидкости (спирта, бензола, четыреххлористого углерода), заполнявшей межзерновое пространство, т.е. объем, свободный для прохождения газового потока, и плотности жидкостей при температуре измерений.

Для ряда активированных углей были определены свободные объемы и, соответственно, доли свободного объема, представленные в виде номограммы (рис. 1). Сорбционную способность образцов изучали на контрольно-исследовательском стенде [4,5], созданном в РХТУ им. Д. И. Менделеева совместно с ЗАО «Прогресс-Экология» при следующих условиях:

Температура, °С 30,0±0,2;

Относительная влажность газового потока, % 90,0±1,5;

Полный объем, занимаемый сорбентом, см3 95,5±0,2;

Массовая концентрация метилиодида в газе, мг/м3 2 - 79;

Объемная активность радиоактивного метилиодида (СН31311), Бк/м3

104- 106.

Скорость газового потока через испытуемую колонку устанавливали таким образом, чтобы время контакта объема газа с объемом сорбента составляла 0,2 - 0,3 с.

Перед вводом СНз1311 в колонку с сорбентом, время которого составляло 3 часа, через образцы угля пропускали влажный воздух (90% отн.), чтобы исключить влияние теплоты адсорбции водяных паров на сорбцию радиоиода.

Индекс сорбционной способности определяли по распределению радиоактивного изотопа иода в слое испытуемого сорбента.

9

С 11 6 X U/ в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 7 (112)

Значения а для углей с разными имирегнантами изменяются в широком диапазоне (табл. 1).

Рис. 1. Номограмма для определения доли свободного объема (%) в полном объеме, занятом гранулированными активированными углями. (lmin ■*■ lmax) - диапазон размера гранул, составляющий 93 - 98% от фракционного состава, установленного ситовым

анализом

Индекс сорбирующей способности растет с увеличением содержания импрегнантов в сорбенте. Так, при содержании ТЭДА от 2,0 до 6,5 г на 100 г сорбента, при сопоставимых скоростях газового потока, значения а возросли с 8,6 до 28,4 с"1. Следует сказать, что при условиях проводимых испытаний сами активированные угли практически не оказывали влияния на индексы сорбирующей способности.

Сорбирующая способность образцов углей зависит не только от количества, но и от соотношения импрегнирующих агентов, что также проявляется в величинах а.

В СКТ-3 с комплексным импрегнантом снижение мольного отношения ТЭДА к ВаЬ с 5,3 до 3,5 (образцы 4 и 5) привело к уменьшению значений а с 28,6 до 19,8 с"1. Подобная картина наблюдается и для угля из скорлупы кокосового ореха NWC 6/12 с такими же комплексными импрегнанта-ми (образцы 6 и 7).

Если сравнить индексы сорбирующей способности, полученные для образцов, изготовленных с импрегнирующими агентами, произведенными "Acros organics" (образец 5) и "Merck KGaA" (образец 8), то при одинаковых их массовых и мольных соотношениях в угле, эти индексы отличаются в 1,5 раза. Следует заметить, что химические реактивы "Merck KGaA", использо-

С lb б X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Nb 7 (112)

ванные для нмпрегнировання активированного угля долгое время хранились с нарушением условий.

Табл. 1. Индексы сорбирующей способности испытанных импрегнированиых углей.

№ Марка угля Импрег-нант Содержание Размер гранул, мм Время контакта, с а, с"1

г/100г ммоль/IOOi

1 скт-зи ТЭДА 2,0 17,9 1,6-3,0 0,27 8,6±0,3

2 207В 5 ТЭДА 5,0 44,6 1,2-2,4 0,13 35,5±1,4

3 NWC 6/12 ТЭДА 6,5 58,0 1,7-3,4 (6-12 Mesh) 0,21 28,4±0,9

4 скт-з ТЭДА1 ВаЬ 3,0 2,0 26,8 5,1 1,6-3,0 0,25 28,6±0,9

5 ТЭДА1 ВаЬ 2,0 2,0 17,9 5,1 0,25 19,8±0,7

6 NWC 6/12 ТЭДА1 ВаЬ 3,0 2,0 26,8 5,1 1,7-3,4 (6-12 mesh) 0,22 28,6±0,9

7 ТЭДА1 Ва12 1.3 2.4 11,6 6,0 0,22 14,4±0,4

8 СКТ-З ТЭДА2 ВаЬ 2,0 2,0 17,9 5,1 1,6-3,0 0,25 12,9*0,4

Примечание: 1 - ТЭДА и Ва12 произведен "Acros organic«"; 2 - ТЭДА и Ва12 произведен "Merck KGaA"

Таким образом, индекс сорбционной способности активированных углей улавливать радиоиод служит критерием, который позволяет сравнивать и устанавливать влияние количества и соотношения импрегнирующих агентов в сорбенте на их технические характеристики.

Библиографические ссылки

1. Kabat М. J. Chemical Behavior of Radioiodine under Loss of Coolant Accident Conditions // Proc. of the 16th DOE Nuclear Air Cleaning Conf., CONF-801038. 1981. PP. 867-890.

2. Design of Off-gas and Air Cleaning Systems at Nuclear Power Plants // IAEA Tech. Report Series No. 274. 1987. 117 p.

3. Deuber, H., Gerlach, K. Parametric Investigations on the Retention of Methyl Iodide by Activated Carbons // Proc. 17th ACS Biennial Carbon Conference on Carbon. 1985. P. 157-169.

4. Обручиков A.B. Создание контрольно-исследовательского йодного стенда/ A.B. Обручиков, В.В. Широков, JI.H. Растунов // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажи-на]; / РХТУ им. Д.И. Менделеева М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008. Т. XXII. № 8 (88). С. 9-11.

9

С 11 6 X Uz в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Nb 7 (112)

5. Магомедбеков Э.П. Методика испытаний и срок службы сорбентов для улавливания радиоиода на АЭС/ Э.П. Магомедбеков, JI.H. Растунов, A.B. Обручиков // I Отраслевая конференция «Вентиляция, газоочистка и аэрозольный контроль на предприятиях атомной отрасли»: материалы конференции. Санкт-Петербург, 2008. С. 19-20.

УДК 621.039.75:66.081.32

A.B. Обручиков, С.М. Лебедев, Э.П. Магомедбеков, JI.H. Растунов Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ НА СОРБЦИЮ РАДИОАКТИВНОГО ИОДИСТОГО МЕТИЛА АКТИВИРОВАННЫМ УГЛЕМ СКТ-3

The dependence of the sorption capacity of activated carbon SKT-3, impregnated with a complex compound on the basis trietilendiamine and barium iodide on the relative humidity of the gas flow at the temperature of 30 °C was investigated. Values of index of sorption capacity significantly decreased with increasing the partial pressure of water vapor in the air.

Исследована зависимость сорбционной способности активированного угля марки СКТ-3, импрегнированного комплексным соединением на основе триэтилендиамина и йодистого бария от относительной влажности газового потока при температуре 30 °С. Значения индексов сорбционной способности существенно снижаются при увеличении парциального давления паров воды в воздухе.

При работе атомных электростанций (АЭС) в образующихся газообразных радиоактивных отходах (ГРО) значительную опасность для персонала и населения представляет иод-131. Считается, что в штатном режиме работы реактора часть радиоиода находится в трудноулавливаемой форме йодистого метила (CH3I) [1]. Это соединение хуже сорбируется иодными фильтрами, чем элементарный иод, особенно в условиях высокой относительной влажности.

Для обеспечения надежного улавливания радиоактивных соединений иода в системах газоочистки и вентиляции АЭС применяются активированные угли, повышение эффективности работы которых достигается импрег-нированием триэтилендиамином (ТЭДА) или иодидом калия.

Присутствие водяных паров в очищаемых воздушных потоках в значительной степени сказывается на работе адсорбера и надежности локализации радиоиода в сорбенте [2]. Как известно, с повышением относительной влажности газа, коэффициент очистки (Коч.) - критерий, наиболее часто приметаемый для оценки качества йодных сорбентов - снижается. Однако данный критерий в большей степени характеризует работу очистного аппарата, нежели самого сорбента, так как величина проскока радиоиода зависит от многих параметров (грануляция сорбента, плотность заполнения, высота слоя и т.д.).

Сорбцию радиоактивного иодистого метила активирован-

ным углем СКТ-3, импрегнированным комплексным соединением на основе