DE3829654A1 - Ion exchanger granules and use thereof for radio caesium decontamination of liquids - Google Patents
Ion exchanger granules and use thereof for radio caesium decontamination of liquidsInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ionenaustauscher-Granulat, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Ammonium- Eisen-Hexacyanoferrat (AEHCF) an einen Kunststoffträger gebunden ist.The present invention relates to an ion exchange granulate, which is characterized in that ammonium Iron hexacyanoferrate (AEHCF) on a plastic carrier is bound.
Es ist bereits bekannt, daß AEHCF Cs⁺ hochselektiv durch Ionenaustausch des in der Gitterstruktur vorhandenen NH₄⁺ in Gegenwart anderer Kationen bindet.It is already known that AEHCF Cs⁺ is highly selective Ion exchange of the NH₄⁺ present in the lattice structure binds in the presence of other cations.
Diese Tatsache wurde durch den sehr erfolgreichen Einsatz des Komplexsalzes als Futterzusatzstoff bei allen wichtigen Haustieren (Kühe, Kälber, Schafe, Schweine, Hühner) nachgewiesen. Bei Tieren, die Radiocäsium-kontaminiertes Futter aufnahmen und kleinste tägliche Dosen an AEHCF (1-3 g) mit dem Futter erhielten, konnte der Übergang von Radiocäsium aus dem Darm in Fleisch, Milch und Eier weitestgehend verhindert werden (Übers. Tierernährung 15 113 (1987)).This fact was made possible by the very successful use of complex salt as feed additive for all important Pets (cows, calves, sheep, pigs, chickens) proven. In animals that are radio-cesium-contaminated Feed intake and smallest daily doses of AEHCF (1-3 g) received with the feed, the transition from Radiocesium from the intestine largely in meat, milk and eggs can be prevented (Transl. Animal Nutrition 15 113 (1987)).
Zur technischen bis großtechnischen Cäsiumdekontamination von Flüssigkeiten konnte das Komplexsalz bisher aber nicht verwendet werden, da dazu ausreichend große Flußraten (l/h) nötig sind, die die mikrokristallin (⌀ 5-500 µm; DE-A 36 30 492) erzeugte Substanz nicht zuläßt.For technical to large-scale cesium decontamination So far, however, the complex salt has been capable of liquids not be used because they are large enough Flow rates (l / h) are necessary which are the microcrystalline (⌀ 5-500 µm; DE-A 36 30 492) produced substance allows.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, AEHCF in einer Form bereitszustellen, in der es auch zur technischen bis großtechnischen Cäsiumdekontamination von Flüssigkeiten einsetzbar ist.The object of the present invention is therefore to AEHCF in already in a form in which it is also for technical to industrial cesium decontamination from Liquids can be used.
Diese Aufgabe wird in überraschender Weise durch das erfindungsgemäße Ionenaustauscher-Granulat gelöst. This task is surprisingly accomplished by Solved ion exchanger granules according to the invention.
Der Kunstststoffträger ist bevorzugt kugelförmig. Ganz besonders bevorzugt werden als Kunststoffträger basische Ionenaustauscher vom Cl⊖- oder OH⊖-Typ verwendet. Diese haben je nach Vernetzungsgrad (meist zwischen 4-8% Divinylbenzol) eine unterschiedliche mechanische Festigkeit, unterschiedliche Porenstruktur und unterschiedliche Anzahl ionisierter Gruppen pro Volumeneinheit. Je höher der Vernetzungsgrad, desto stabiler ist der Träger gegen Scherkräfte. Gleichzeitig ist dann seine Porenstruktur enger und die Anzahl bindender Gruppen größer. Die Anzahl dieser Gruppen bestimmt bekanntlich die Kapazität (val/l), so daß mit höherem Vernetzungsgrad auch höhere Flächenbeladungsdichten (Gewichtsprozent) des Komplexsalzes erreicht werden. Aber auch Träger mit ausgeprägt grober Porenstruktur haben sich im praktischen Einsatz schon sehr gut bewährt.The plastic carrier is preferably spherical. All basic plastic carriers are particularly preferred Cl⊖ or OH⊖ type ion exchanger used. Depending on the degree of networking (usually between 4-8% Divinylbenzene) a different mechanical strength, different pore structure and different Number of ionized groups per unit volume. The higher the degree of crosslinking, the more stable the carrier is against Shear forces. At the same time is its pore structure narrower and the number of binding groups larger. The number these groups are known to determine capacity (val / l), so that with a higher degree of crosslinking also higher ones Area loading densities (weight percent) of the complex salt can be achieved. But also straps with pronounced Coarse pore structure have been put into practical use already very well proven.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Ionenaustauscher-Granulats wird der Kunststoffträger erst mit (NH₄)₄Fe(CN)₆-Lösung, dann mit FeCl₃-Lösung durchmischt und dieser Vorgang bis zu neunmal wiederholt.For the production of the ion exchanger granules according to the invention the plastic carrier is only with (NH₄) ₄Fe (CN) ₆ solution, then mixed with FeCl₃ solution and this process is repeated up to nine times.
In einer bevorzugten Verfahrensweise wird ein käuflicher basischer Ionenaustauscher auf Gewichtsbasis im Verhältnis 1 : 3 mit 0,5 molarer (NH₄)₄Fe(CN)₆-Lösung gut durchmischt und 1 Stunde stehen gelassen. Danach wird dekantiert und im gleichen Verhältnis 1 : 3 so oft mit Aqua dest. gewaschen, bis das Waschwasser kein (NH₄)₄Fe(CN)₆ mehr enthält (FeCl₃-Probe negativ, wenn noch blaue Färbung entsteht).In a preferred procedure, one is commercially available basic ion exchanger based on weight in relation 1: 3 mixed well with 0.5 molar (NH₄) ₄Fe (CN) ₆ solution and left for 1 hour. Then it is decanted and in the same ratio 1: 3 as often with Aqua least washed until the wash water is no (NH₄) ₄Fe (CN) ₆ contains more (FeCl₃ sample negative, if still blue in color arises).
Das Waschwasser wird dann über eine Nutsche abgesaugt und der Träger mit dreifacher Menge 0,5 molarer FeCl₃-Lösung gemischt und 1 Stunde stehen gelassen. Dann wird dekantiert und mit Aqua dest. so lange gewaschen, bis der ursprüngliche blaue Überstand wasserklar ist. The wash water is then sucked off via a suction filter and the carrier with three times the amount of 0.5 molar FeCl₃ solution mixed and left for 1 hour. Then it is decanted and with aqua dest. washed until the original blue supernatant is water clear.
Durch Wiederholungen dieser Arbeitsgänge bis zu neunmal kann auf dem Träger eine nach einer e-Funktion wachsende Massenbelegung erfolgen. Aus praktischer Sicht sind jedoch 5 Arbeitsgänge ausreichend, um 90% der nach 8 Arbeitsgängen erreichbaren maximalen Massenbelegung zu binden.By repeating these operations up to nine times can be growing on the carrier according to an e-function Mass occupancy takes place. From a practical point of view, however 5 operations sufficient to 90% of those after 8 operations achievable maximum mass occupancy tie.
Je nach Anwendungszweck kann wegen der hohen Bindungskapazität für Cs auch eine geringere Anzahl an Arbeitsgängen mit kleineren Massenbelegungen des Trägers vorgenommen werden.Depending on the application, due to the high binding capacity for Cs also a smaller number of operations made with smaller mass assignments of the carrier will.
Die Menge (Gewichtsprozent) des aufzubringenden AEHCF hängt von der Anzahl der Behandlungsschritte des Trägers ab, wodurch letztlich auch dessen Farbe bestimmt wird. Diese variiert je nach Schichtdicke zwischen hellblau über mittelblau bis zu einem tiefen dunkelblau.The amount (weight percent) of AEHCF to be applied depends on the number of treatment steps of the wearer which ultimately also determines its color. Depending on the layer thickness, this varies between light blue over medium blue to a deep dark blue.
Das so erzeugte Granulat hat eine hohe mechanische und thermische Stabilität und kann in einer beliebigen Korngröße, vornehmlich jedoch von 0,2-1,2 mm ⌀, hergestellt werden.The granulate produced in this way has a high mechanical and thermal stability and can be in any grain size, mainly manufactured from 0.2-1.2 mm ⌀ will.
Aufgrund der chemisch festen Bindung zwischen Träger und Komplexsalz ist eine mechanische Ablösung bei hohen Flußraten und die Abschwemmung Radiocäsium-haltiger Bruchstücke in das Eluat ausgeschlossen.Due to the chemically strong bond between the carrier and Complex salt is a mechanical detachment at high flow rates and the washing away of fragments containing radio cesium excluded in the eluate.
Da das Komplexsalz nicht nur auf der Kugel, sondern auch entlang der Poren im Kugelinneren gebunden wird, ist die gesamte AEHCF-Kugeloberflächenschicht im Inneren des Trägers fest verankert. Zusätzlich sind über diese inneren Oberflächen noch weitere Bindungsplätze für Cs-Ionen zugänglich. Because the complex salt not only on the ball, but also bonded along the pores inside the sphere is the entire AEHCF spherical surface layer inside the carrier firmly anchored. In addition, these are internal Further binding sites for Cs ions are accessible on surfaces.
Das erfindungsgemäße Ionenaustauscher-Granulat eignet sich in hervorragender Weise zur Cäsiumdekontamination von Flüssigkeiten, wie z. B. Wasser, insbesondere Trinkwasser. Ganz besonders eignet es sich zu Cäsiumdekontamination von Molkepermeat.The ion exchange granules according to the invention are suitable excellent for cesium decontamination of Liquids such as B. water, especially drinking water. It is particularly suitable for cesium decontamination of Whey permeate.
In der Praxis ist das fertige Produkt feucht, d. h. ohne vorherige Trocknung, zu lagern.In practice, the finished product is moist, i. H. without prior drying, store.
Bei der Anwendung in Ionenaustauschersäulen ist zur Vermeidung von Säulenverstopfungen ein Flüssigkeitsdurchsatz im Wirbelbett von unten nach oben über Pumpen vorteilhaft.When using in ion exchange columns is to avoid of column blockages a fluid throughput advantageous in the fluidized bed from bottom to top via pumps.
Je nach Säulengröße muß jedoch erst der optimale Fluß (l/h) bestimmt werden. Zu geringe Flüsse laufen über bevorzugte Kanäle im Austauscherbett und nutzen so das Austauschervolumen nicht vollständig. Dagegen laufen zu hohe Flüsse mit starker Aufwirbelung zu schnell am Austauscher vorbei, was den Dekontaminationsgrad negativ beeinträchtigen kann.Depending on the size of the column, however, the optimal flow must first be found (l / h) can be determined. Rivers that are too low run over preferred ones Channels in the exchanger bed and thus use the exchanger volume not completely. In contrast, rivers are too high with strong swirling too quickly on the exchanger over, which negatively affect the degree of decontamination can.
Folgender Versuch belegt die hervorragende Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Granulats:The following test proves the excellent effectiveness of the granules according to the invention:
Zwei Gramm eines in 5 Arbeitsgängen beschichteten trockenen Granulats wurden in einer Glassäule mit temperaturkonstantem Wassermantel eingewogen und dann mit 5 ml wäßriger Cs-Lösung bzw. Cs-haltigem Molkepermeat folgender Zusammensetzung überschichtet:Two grams of one coated in 5 passes dry granules were in a glass column with constant temperature Weighed water jacket and then with 5 ml aqueous Cs solution or Cs-containing whey permeate following Composition overlaid:
Wäßrige Lösung:
32,7 mg Cs/100 ml+7400 Bq Cs-134/100 ml
Molkepermeat:
32,7284 mg Cs/100 ml+7400 Bq Cs-134/100 ml
(in 100 ml Molkepermeat sind ursprünglich
0,284 μg Cs enthalten)
das Molkepermeat enthält zusätzlich:
2,44 g Na/l
4,54 g K/l
0,89 g Ca/l
0,24 g Mg/lAqueous solution:
32.7 mg Cs / 100 ml + 7400 Bq Cs-134/100 ml
Whey permeate:
32.7284 mg Cs / 100 ml + 7400 Bq Cs-134/100 ml (100 ml whey permeate originally contains 0.284 μg Cs)
the whey permeate also contains:
2.44 g Na / l
4.54 g K / l
0.89 g Ca / l
0.24 g Mg / l
Über eine Anordnung ähnlich einer Mariotteschen Flasche (hier mit einer Glaskapillare, die in die Flüssigkeit oberhalb des Granulats reicht und einen die Säule oben verschließenden Gummistopfen nach außen durchzog) wurde der hydrostatische Druck in der Säule und damit der Fluß von 2 Tropfen/min nach einmaliger Einstellung relativ konstant gehalten.About an arrangement similar to a Mariotteschen bottle (here with a glass capillary in the liquid above the granulate and the column above sealing rubber plug was pulled out) the hydrostatic pressure in the column and thus the flow relative to 2 drops / min after a single setting kept constant.
Die Temperatur wurde über einen Säulen-Wassermantel in Verbindung mit einer Umwälzpumpe konstant bei 20°C eingestellt.The temperature was measured over a column water jacket Connection with a circulation pump constantly set at 20 ° C.
Ein Tropfenzähler mit Fraktionssammler sorgte für Fraktionen von 20 Tropfen/10 Minuten, die alle in einem Bohrloch- Gamma-Detektor bezüglich Cs-134 gemessen wurden.A dropper with fraction collector provided for fractions of 20 drops / 10 minutes, all in one borehole Gamma detector with respect to Cs-134 were measured.
Der statistisch gesicherte Anstieg über "0" Becquerel wurde als Beginn des Cs-Durchbruchs gewertet und das bis dahin auf der Säule retinierte Cs aus dem bis dahin durchgelassenen Flüssigkeitsvolumen (ml) und der Cs-Konzentration (mg/ml) bestimmt. Das Flüssigkeitsvolumen wurde nach Wägung der Röhrchen aus dem aufgelaufenen Nettogewicht (Kurven) dividiert durch Dichte von H₂O (ρH₂O=0,99823 g/cm³) bzw. Molkepermeat (ρ Molke=1,014 g/cm³) bestimmt. Für Aqua dest. betrug die Bindungskapazität bei 20°C 17,84 mg Cs/g Granulat und für Molkepermeat 30,38 mg Cs/g Granulat. Die höhere Bindungskapazität für Cs aus Molkepermeat ist auf die geringere Oberflächenspannung des Permeats im Vergleich zu Aqua-dest. zurückzuführen. Größere Oberflächenspannungen, wie z. B. beim Wasser, bilden an den Grenzflächen Mikrobarrieren für die Diffusion der Cs-Ionen, so daß hierdurch der Ionenübergang leicht behindert wird.The statistically assured increase above "0" Becquerel was evaluated as the beginning of the Cs breakthrough and the Cs retained on the column up to that point was determined from the liquid volume (ml) and the Cs concentration (mg / ml) which had been let through until then. The volume of liquid was determined after weighing the tubes from the accumulated net weight (curves) divided by the density of H₂O ( ρ H₂O = 0.99823 g / cm³) or whey permeate ( ρ whey = 1.014 g / cm³). For aqua dest. the binding capacity at 20 ° C was 17.84 mg Cs / g granules and for whey permeate 30.38 mg Cs / g granules. The higher binding capacity for Cs from whey permeate is due to the lower surface tension of the permeate compared to Aqua-dest. attributed. Larger surface tensions, e.g. B. in water, form micro-barriers for the diffusion of the Cs ions at the interfaces, so that the ion transition is slightly hindered thereby.
Dennoch ist auch für wäßrige Lösungen, z. B. für die Trinkwasseraufbereitung, die Cs-Dekontamination mit 17,84 mg Cs/g Granulat hervorragend.Nevertheless, also for aqueous solutions, for. B. for the Drinking water treatment, the Cs decontamination with 17.84 mg Cs / g granulate excellent.
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DE19883829654 DE3829654A1 (en) | 1988-09-01 | 1988-09-01 | Ion exchanger granules and use thereof for radio caesium decontamination of liquids |
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