Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОДНЫХ СРЕД, ВКЛЮЧАЮЩИХ РАДИОНУКЛИДЫ - Патент РФ 2172991
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОДНЫХ СРЕД, ВКЛЮЧАЮЩИХ РАДИОНУКЛИДЫ
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОДНЫХ СРЕД, ВКЛЮЧАЮЩИХ РАДИОНУКЛИДЫ

КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОДНЫХ СРЕД, ВКЛЮЧАЮЩИХ РАДИОНУКЛИДЫ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к обработке водных сред от радиоактивных загрязнений сорбцией и может быть использовано в процессе эксплуатации транспортных энергетических установок. Технический результат: комплексное извлечение радионуклидов и нефтепродуктов из воды при предварительной переработке емкостей хранения жидких радиоактивных отходов (ЖРО), уменьшение количества радиационно опасных операций, связанных с извлечением и утилизацией отработанного сорбента. Поставленная задача достигается тем, что композиционный материал, включающий природный наполнитель морденит, дополнительно содержит торф и полимерное связующее. В качестве полимерного связующего используют сверхвысокомолекулярный полиэтилен с мол.м. (1,5 - 4,0)•106. Содержание компонентов, мас. %: наполнитель морденит 10 - 30, торф 87 - 67, связующее сверхвысокомолекулярный полиэтилен с мол.м. (1,5 - 4,0)•106 3 - 10. 2 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2172991
Класс(ы) патента: G21F9/12, B01J20/18
Номер заявки: 2000110871/06
Дата подачи заявки: 27.04.2000
Дата публикации: 27.08.2001
Заявитель(и): Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна; Научно-исследовательский институт физики Санкт- Петербургского государственного университета
Автор(ы): Гончаров Б.В.; Ананьева Т.А.; Волков Ф.В.; Доильницын В.А.; Назарова Е.В.
Патентообладатель(и): Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна; Научно-исследовательский институт физики Санкт- Петербургского государственного университета
Описание изобретения: Заявляемое техническое решение относится к области обработки водных сред от радиоактивных загрязнений сорбцией и может быть использовано в процессе эксплуатации транспортных энергетических установок. Сточные воды этих установок, содержащие радионуклиды цезия, характеризуются неопределенным солевым составом и загрязнены различными нефтепродуктами. Предварительная очистка вод емкостей хранения жидких радиоактивных отходов (ЖРО) от радионуклидов цезия и нефтепродуктов должна постоянно осуществляться в закрытых емкостях хранения в течение 2-3 месяцев. Такую предварительную очистку можно осуществить плавающим на поверхности сорбентом, селективным к радионуклидам цезия и поглощающим нефтепродукты.
В уровне техники известно, что для очистки воды от радионуклидов может быть использован торф [Кузнецов Ю.А., Щебетковский А.Н., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. М.: Атомиздат, 1974.]. Недостатком указанного сорбционного материала является выщелачивание в слабокислых и щелочных средах, что приводит к дополнительному загрязнению воды. Использование гранулированного торфа не дает желаемого результата, так как при эксплуатации в водной среде гранулы торфа теряют механическую прочность из-за высокой набухаемости.
Известен сорбционно-активный материал для очистки воды от нефтепродуктов [Волков Ф.В. Исследование процессов получения волокнисто-пленочных и блочных изделий из сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Автореф. дис. на соиск. уч. ст. к. т. н. Санкт-Петербург, 1994, рег. N 04.9.90 008 125.] с содержанием торфа до 97 мас.%. Полимерным связующим в указанном материале является сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) с молекулярной массой (ММ) (1,5-4,0)•106. Этот сорбент обладает сорбционной емкостью по отношению к нефтепродуктам до 6,5 кг на 1 кг сорбента и положительной плавучестью свыше 4 месяцев. Сорбент изготавливается в виде блоков различной формы или гранул. К недостаткам указанного сорбционного материала относится невозможность использования его как эффективного сорбента для комплексного извлечения радионуклидов в присутствии нефтепродуктов в водной среде, поскольку скорость извлечения нефтепродуктов превышает скорость сорбции радионуклидов.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является пористый композиционный материал [Патент РФ N 2135278, МКИ 6 B 01 J 20/18, G 21 F 9/12, C 02 F 1/28. Опубл.27.08.99. Способ сорбционного извлечения радионуклида цезия из водных сред./ Гончаров Б.В., Быцан Н.В., Доильницын В.А. ] для очистки загрязненных водных сред от радионуклидов цезия, включающий природный сорбент морденит фракций 5-15 мкм и связующее пенополивинилформаль, взятые в соотношении (15-85) - (85-15) мас.%. Сорбент изготовлен в виде блоков, которые помещают в емкости хранения ЖРО. Недостатком этого материала является невозможность использования его для предварительной очистки воды, содержащей радионуклиды цезия и нефтепродукты. Учитывая малую скорость удаления радионуклидов цезия и нефтепродуктов, растворенных в воде, сорбент должен вноситься в емкость за несколько месяцев до начала переработки воды на штатных очистных системах. Раздельное применение сорбента на нефтепродукты и цезий селективного сорбента в этом случае нецелесообразно, так как увеличивается количество отработанных радиоактивно загрязненных сорбентов (твердых радиоактивных отходов), что требует дополнительных затрат на их переработку. Кроме того, внесение сорбента на нефтепродукты и удаление его после быстрого извлечения поверхностных нефтепродуктов (пленок) с последующим внесением и удалением сорбента на радионуклиды цезия приводит к проведению двух радиационно опасных операций вместо одной. После снятия масляной пленки с поверхности, в процессе разрушения нефтяных эмульсий в воде или изменения физико-химических характеристик воды при добавлении в нее каких-либо дополнительных ЖРО нефтепродукты снова могут собираться на поверхности воды и их следует снова удалять. Технологическим недостатком материала, содержащего морденит, является то, что он погружается на дно емкости хранения ЖРО, затрудняя его последующее извлечение.
Техническим результатом заявляемого изобретения является комплексное извлечение радионуклидов и нефтепродуктов из воды при предварительной переработке емкостей хранения ЖРО.
Технический результат достигается тем, что композиционный материал для очистки радиоактивно загрязненных водных сред включает природный наполнитель морденит, дополнительно содержит торф, а в качестве полимерного связующего используют сверхвысокомолекулярный полиэтилен с молекулярной массой (1,5-4,0)•106 при следующем содержании компонентов, мас.%:
Наполнитель - морденит - 10-30
Торф - 87-67
Связующее - сверхвысокомолекулярный полиэтилен - 3-10
Композиционный материал (КМ) в виде гранул (например, сферической формы) с массой 10-15 г помещается в емкость хранения ЖРО с радиоактивно загрязненной водой, содержащей нефтепродукты из расчета 1 кг КМ на 1 м3 воды и извлекают из емкости через 2-3 месяца. В процессе эксплуатации KM плавает на поверхности воды, поглощая с поверхности нефтяную пленку и извлекая радионуклиды из объема очищаемой воды.
Пример 1
Получение сорбционно-активного материала для очистки воды от нефтепродуктов и радионуклидов осуществляется следующим образом. В обогреваемом аппарате с трехлопастной мешалкой [Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справочное пособие. Л.: Химия, 1972. - 464 с.] готовится раствор СВМПЭ концентрацией 1 мас.%. В качестве растворителя используют парафин (ТУ 6-09-3637-87). При 140oC и непрерывном перемешивании (150 об/мин) в растворитель загружается 0,1 кг СВМПЭ (ТУ 6-05-1896-80) с ММ 1,5•106 и происходит процесс суспендирования в течение 1 мин. Растворение осуществляется при увеличении температуры до 150oC за время 9 мин при постоянном перемешивании. Наполнитель - торф прогревается при 130oC в течение 60 мин. Прогретый наполнитель (торф) загружается в раствор полимера при температуре 140oC в количестве 0,9 кг. Производится перемешивание композиции при 25-30 об/мин в течение 5 мин. Полученная композиция помещается в форму и охлаждается при комнатной температуре. Охлажденный композит для удаления из него парафина экстрагируется углеводородом C6-C10 при температуре кипения углеводорода. Затем проводится сушка материала при 70oC в течение 30 мин. Готовый сорбционно-активный материл представляет собой композит при содержании наполнителя (торфа) 90 мас.% и содержании связующего (СВМПЭ) 10 мас.%.
Пример 2
Получение сорбционно-активного материала для очистки воды от нефтепродуктов и радионуклидов осуществляется следующим образом. В обогреваемом аппарате с трехлопастной мешалкой [Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справочное пособие. Л.: Химия, 1972. - 464 с.] готовится раствор СВМПЭ концентрацией 1 мас.%. В качестве растворителя используют парафин (ТУ 6-09-3637-87). При 140oC и непрерывном перемешивании (150 об/мин) в растворитель загружается 0,15 кг СВМПЭ (ТУ 6-05-1896-80) с ММ 1,5•106 и происходит процесс суспендирования в течение 1 мин. Растворение осуществляется при увеличении температуры до 150oC за время 9 мин при постоянном перемешивании. Наполнители - торф и морденит прогреваются при 130oC в течение 60 мин. Прогретые наполнители (торф и морденит) загружаются в раствор полимера при температуре 140oC в количестве 4,35 кг торфа и 0,5 кг морденита. Производится перемешивание композиции при 25-30 об/мин в течение 5 мин. Полученная композиция помещается в форму и охлаждается при комнатной температуре. Охлажденный композит для удаления из него парафина экстрагируется углеводородом 6-C10 при температуре кипения углеводорода. Затем проводится сушка материала при 70oC в течение 30 мин. Готовый сорбционно-активный материл представляет собой композит при содержании наполнителя 97 мас. % (торф - 87 мас.%. и морденит - 10 мас.%.), и содержании связующего (СВМПЭ) 3 мас.%.
Предлагается ввести следующее обозначение для плавающего композиционного материала - ПКМ СВМПЭ мас.% + торф мас.% + морденит мас.% (например, ПКМ 3% + 87% + 10% означает, что в пористом композиционном материале содержание связующего составляет 3 мас.%, содержание торфа - 87 мас.%, содержание морденита - 10 мас.%).
Проверку сорбционной активности ПКМ осуществляли в модельных условиях. Химический состав модельной водной среды: натрий хлористый -3,0 г/л; соли жесткости (Ca+ + Mg+) - 0,05 г/л; pH 9,6 (доводится аммиаком). Для изучения сорбции радионуклидов цезия использовали радиоактивную метку цезий-137 (без носителя). Удельная объемная активность раствора составила 3,6•106-5 Ku/л. В случае водной среды, загрязненной нефтепродуктами, в модельную воду вносилось масло ТАд-17 в количестве 0,05 г (из расчета концентрации 1 г/л) и раствор встряхивался в течение 10 минут с целью получения масляной эмульсии. Образцы ПКМ, имеющие массу 0,05 г, помещали в бюксы с 50 мл модельной водной среды. Раствор в бюксах не перемешивался. По прошествии 24 суток в раствор дополнительно вносилось масло ТАд-17 в количестве 0,05 г с целью проверки работоспособности сорбента по отношению к нефтепродуктам в течение всего времени эксплуатации. Через определенные промежутки времени пробы раствора отбирались на радиометрирование, а у сорбента определялось водопоглощение и сорбционная емкость по отношению к нефтепродуктам. Водопоглощение и сорбционная емкость по отношению к нефтепродуктам определялись гравиметрическим методом [Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия, 1984. - 448 с.]. Результаты представлены в табл. 1.
Измерение активности анализируемой пробы проводили с помощью Ge (Li) детектора в составе гамма спектрометра (чувствительный объем равен 100 см3). Разрешающая способность спектрометрического тракта - 2,7 кэВ при Е=1,63 МэВ. Для подавления фонового излучения детектор окружен свинцовой защитой. В таких условиях предел определения активности пробы по цезию-137 с 95%-ной вероятностью составляет 1 Бк при времени экспозиции 1 ч. Спектры регистрируют многоканальным анализатором, время экспозиции выбирают 10 (30) мин [Патент РФ N 2135278, МКИ 6 В 01 J 20/18, G 21 F 9/12, C 02 F 1/28. Опубл. 27.08.99. Способ сорбционного извлечения радионуклида цезия из водных сред./ Гончаров Б.В., Быцан Н.В., Доильницын В.А. ].
По результатам измерений рассчитывали коэффициент очистки (К) и коэффициент распределения радионуклидов между водной средой и сорбентом (Kр). Расчет производился по формулам:


где Jисх и Jкон - исходная и конечная (на время взятия пробы) активности водной среды, Бк/дм3; V - объем водной среды, см3; m - масса сорбента, г.
В нашем эксперименте . Было проведено три серии опытов. Результаты эффективности сорбции цезия-137 из водной среды (среднее значение) представлены в табл.2.
Как видно из табл. 2, сорбент п/п-1 (аналог) показывает невысокую эффективность очистки от радионуклидов цезия, Кр не превышает 400 при продолжительности очистки 58 суток. Введение морденита значительно повышает Кр как в присутствии, так и в отсутствие нефтепродуктов, при этом следует отметить, что увеличение содержания морденита в композите свыше 30% мало влияет на эффективность очистки. Продолжительность очистки свыше 38 суток практически не повышает эффективность очистки ПКМ, особенно это заметно на сорбентах с содержанием морденита 30% и выше. Не наблюдается разницы в эффективности очистки ПКМ воды, загрязненной нефтепродуктами и без них.
Сорбент п/п-9 (прототип), находящийся на дне бюкс, показывает эффективность очистки, сравнимую с эффективностью очистки с использованием ПКМ с 30% содержанием морденита.
В процессе предварительной очистки ЖРО сорбент, изготовленный в виде гранул, загружается в емкость хранения. В течение всего времени эксплуатации (2-3 месяца) ПКМ находится на поверхности воды. После помещения сорбента на загрязненную водную поверхность происходит активное поглощение им нефтепродуктов. В течение 25-30 минут достигается предельное значение величины сорбции нефтепродукта при его избытке или очистка поверхности воды при избытке сорбента. Содержание солей в воде не влияет на процесс ее очистки от нефтепродуктов данным сорбентом. Сорбция радионуклидов происходит в течение всего времени эксплуатации сорбента. В случае дополнительного попадания в воду нефтепродуктов происходит поглощение их сорбентом за 25-30 минут, если не достигнуто предельное значение величины сорбции. Повторная сорбция нефтепродуктов не влияет на процесс очистки воды от радионуклидов. По прошествии 2-3 месяцев ПКМ собирают с водной поверхности сачком и производят его утилизацию.
Проведенные промышленные испытания подтвердили эффективность очистки воды от радионуклидов цезия и нефтепродуктов сорбентом следующего состава, мас.%: СВМПЭ - 3, торфа - 67 и морденита - 30.
На основании вышеизложенного можно сделать выводы:
наиболее эффективны для очистки вод, содержащих нефтепродукты, пористые композиционные материалы с содержанием 3% СВМПЭ, 67-87% торфа, 10-30% морденита;
продолжительность работы сорбента при очистке воды составляет не менее полутора месяцев;
при соотношении (то есть 1 кг сорбента на 1 м3 обрабатываемых ЖРО) коэффициент очистки воды составляет 17-20, а коэффициент распределения Кр 16000-20000.
Формула изобретения: Композиционный материал для очистки загрязненных водных сред, включающих радионуклиды, включающий природный наполнитель морденит, отличающийся тем, что материал дополнительно содержит торф, а в качестве полимерного связующего - сверхвысокомолекулярный полиэтилен с мол.м. (1,5 - 4,0)•106 при следующем содержании компонентов, мас.%:
Наполнитель-морденит - 10 - 30
Торф - 87 - 67
Связующее - сверхвысокомолекулярный полиэтилен с мол.м. (1,5 - 4,0)•106 - 3 - 10о