RU2345431C2 - Сорбционный материал для локализации молекулярной формы радиоактивного иода из водных теплоносителей аэс на основе ионообменных смол - Google Patents
Сорбционный материал для локализации молекулярной формы радиоактивного иода из водных теплоносителей аэс на основе ионообменных смол Download PDFInfo
- Publication number
- RU2345431C2 RU2345431C2 RU2007101532/06A RU2007101532A RU2345431C2 RU 2345431 C2 RU2345431 C2 RU 2345431C2 RU 2007101532/06 A RU2007101532/06 A RU 2007101532/06A RU 2007101532 A RU2007101532 A RU 2007101532A RU 2345431 C2 RU2345431 C2 RU 2345431C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ion
- sorption
- sorption material
- molecular
- exchange resins
- Prior art date
Links
Landscapes
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к производству сорбционных материалов для локализации молекулярной формы радиоактивного иода из водных растворов на основе ионообменных смол и предназначено для очистки водных теплоносителей атомных электростанций (АЭС), а также технологических растворов в процессах переработки отработавшего ядерного горючего. Сорбционный материал приготовлен на основе ионообменных смол. Смола модифицирована путем ионного обмена ионами меди или смесью ионов меди и серебра. Содержание металлов в сорбционном материале составляет 3-10 вес.%. Сорбционный материал дополнительно обработан раствором гидразин гидрата. Преимуществами изобретения являются низкая стоимость, термостойкость, высокая скорость и надежность локализации молекулярной формы радиоактивного иода из водных растворов. 3 табл.
Description
Изобретение относится к производству сорбционных материалов для локализации молекулярной формы радиоактивного иода из водных растворов на основе ионообменных смол и может быть использовано для очистки водных теплоносителей атомных электростанций (АЭС), а также технологических растворов в процессах переработки отработавшего ядерного горючего.
Известен органический мембранный адсорбент, импрегнированный серебром, восстановленным до металла обработкой гидразин гидратом, предлагаемый для выделения радионуклидов иода из водных растворов, в том числе теплоносителей АЭС (аналог). [RU №2225648 С2, С 17/022, опубл. 10.03.2004 Бюл. №7].
Недостатками такого адсорбента, предлагаемого для извлечения радиоактивного иода из водных теплоносителей АЭС, является его высокая стоимость из-за входящего в его состав серебра, а также возможность применения мембран со временем хранения не более месяца. Другим важным недостатком органического мембранного адсорбента является возможность радиационного разрушения органической матрицы в условиях эксплуатации на АЭС. В результате взаимодействия продуктов радиационного разрушения с радиоактивным иодом, присутствующим в водном теплоносителе, вероятно образование иодсодержащих органических соединений, в том числе йодистого метила, что приведет к увеличению загрязнения газовой фазы из-за его высоких коэффициентов распределения между жидкой и газовой фазами.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является сорбционный материал, применяемый для локализации радиоактивного иода из водных растворов, на основе ионообменных смол, модифицированных путем ионного обмена добавками веществ, повышающих селективность сорбции иода (прототип) [SU №1503582 А1, G21F 9/20, опубл. 15.05.92 Бюл. №18].
Материал представляет собой ионообменную смолу - высокоосновный анионит АВ-17 в смешанной I--Cl- форме, с содержанием I- от 15 до 25% от полной обменной емкости сорбента. Импрегнированные при этом в сорбент иодид-ионы восстанавливают ионы IO3 - до свободного иода, который либо поглощается на данном материале, образуя смешанный анионный комплекс состава 131I2-Cl-, либо вступает в реакцию изотопного обмена. Материал предполагается использовать для дезактивации радиоактивных отходов АЭС.
Недостатком данного материала является тот факт, что в результате изотопного обмена нерадиоактивного иода, входящего в состав материала, с радиоактивным иодом из теплоносителя общая концентрация иода в теплоносителе не изменится. Со временем между всеми формами иода (неактивными и радиоактивными) установится равновесие и переход радиоактивного иода в материал прекратится, т.е. данный материал не будет обеспечивать поглощение радиоактивного иода из водного теплоносителя. Другим важным недостатком данного материала является невозможность надежной локализации радиоактивного иода, поскольку он постоянно участвует в обменных процессах, протекающих в системе. Вышесказанное относится ко всем формам радиоактивного иода, в том числе и молекулярной.
Целью предлагаемого изобретения является получение сорбционного материала для локализации молекулярной формы радиоактивного иода из водных теплоносителей АЭС на основе ионообменных смол, обладающего высокими сорбционными характеристиками по отношению к молекулярному иоду в водных растворах и обеспечивающего надежность локализации.
Поставленная цель достигается тем, что предложен сорбционный материал на основе ионообменных смол, модифицированных путем ионного обмена ионами меди или смеси ионов меди и серебра так, что содержание в нем металлов составляет 3-10 вес.%, а сорбционный материал дополнительно обработан раствором гидразин гидрата.
Для экспериментальной проверки заявляемого сорбционного материала были приготовлены образцы на основе промышленно выпускаемой и широко применяемой для очистки радиоактивных отходов ионообменной смолы типа КУ-2. Заявляемый сорбционный материал получали модифицированием ионообменной смолы типа КУ-2 путем обработки ее водными растворами азотнокислой соли Cu2+ или смеси азотнокислых солей Cu2+ и Ag+. Процесс вели при интенсивном перемешивании в течение 24 ч. После отделения маточного раствора и промывки дистиллированной водой влажную смолу обрабатывали при перемешивании 0,1 М раствором гидразин гидрата в течение 24 ч и затем многократно промывали дистиллированной водой. Определение содержания меди и серебра в смоле проводили титрованием исходного и конечного растворов солей меди и серебра в процессе получения сорбционного материала. Для определения серебра использовали метод Фольгарда, а медь титровали раствором ЭДТА в присутствии индикатора мурексида.
В табл.1 представлены некоторые физико-химические свойства полученных образцов сорбционного материала.
| Таблица 1. | ||
| Физико-химические свойства сорбционного материала на основе ионообменной смолы КУ-2. | ||
| Материал | Характеристика | Значение |
| "Физхимин"-3М-m* | Цвет | Коричневый с металлическим блеском |
| Размер гранул, мм | 0,315-1,250 | |
| Количество металла, вес.% | 3,2±0,1 | |
| Сорбционная емкость, мг I2 на 1 грамм материала | 92,3 | |
| Термическая стойкость, °С | 85-95 | |
| Физхимин"-5М-m | Цвет | Коричневый с металлическим блеском |
| Размер гранул, мм | 0,315-1,250 | |
| Количество металла, вес.% | 5,6±0,1 | |
| Сорбционная емкость, мг I2 на 1 грамм материала | 99,9 | |
| Термическая стойкость, °С | 85-95 | |
| "Физхимин"-8М-m | Цвет | Коричневый с металлическим блеском |
| Размер гранул, мм | 0,315-1,250 | |
| Количество металла, вес.% | 7,9±0,3 | |
| Сорбционная емкость, мг I2 на 1 грамм материала | 141,3 | |
| Термическая стойкость, °С | 85-95 | |
| "Физхимин"-10МС-m** | Цвет | Серо-коричневый с металлическим блеском |
| Размер гранул, мм | 0,315-1,250 | |
| Количество металла, вес.% | 10,0±0,3 | |
| Сорбционная емкость, мг I2 на 1 грамм материала | 157,8 | |
| Термическая стойкость, °С | 85-95 | |
| * М - смола модифицирована ионами меди. | ||
| ** МС - смола модифицирована смесью ионов меди и серебра. | ||
Поскольку в водном растворе молекулярного радиоактивного иода одновременно могут присутствовать несколько форм, в том числе и ионные (I-, IO-, IO3 - и IO4 -), использовать метод радиоактивных индикаторов для изучения эффективности сорбции I2 не представлялось возможным. Поэтому эффективность сорбции I2 на различных образцах материалов исследовали методом колориметрии на неактивных водных растворах I2.
Эксперименты по определению эффективности сорбции I2 исходной смолы, немодифицированных и модифицированных образцов заявляемого сорбционного материала проводили из раствора, состав которого был взят как среднее из данных по составу водного теплоносителя I контура для первых блоков российских АЭС с реакторами типа ВВЭР (Калининская и Нововоронежская АЭС). Состав раствора был следующий: NaCl - 1,17 мг/л; NH4Cl - 29,96 мг/л; Н3ВО3 - 5 г/л; рН 7 - 8.5, [I2] - 9·10-4 М.
Испытания проводили следующим образом. К 25 мл 9·10-4 М водного раствора I2 добавляли 25 мг исследуемого материала. Суспензию интенсивно перемешивали в течение 120 мин, затем осадок отделяли центрифугированием и 2 раза промывали водой. Полученные промывки и маточный раствор объединяли в одну фракцию.
Количество I2, оставшегося в конечном маточном и в промывочном растворах, а также в исходном растворе определялось с довольно большой точностью колориметрическим способом по изменению светопоглощения ионов I3 - в водном растворе [1]. Метод определения очень чувствителен (предел обнаружения 5 мкг/мл), причем молярный коэффициент светопоглощения ε для I3 - при λ=350 нм составляет величину 25000.
Зная соотношение V/m, на основании распределения I2 между твердой и жидкой фазами рассчитывали коэффициент распределения Kd по формуле:
где С0 и С1 - содержание I2 в исходном и конечном растворах соответственно; V - объем жидкой фазы (мл); m - масса сорбционного материала на основе ионообменной смолы (г).
Сравнение сорбционных свойств исходной смолы, немодифицированных и модифицированных образцов сорбционного материала представлено в табл.2. Здесь же приведены данные по сорбции I2 из дистиллированной воды, полученные в экспериментах, проведенных в аналогичных условиях.
Как видно из табл.2, коэффициенты распределения Kd для I2 на всех разработанных материалах как из раствора, отвечающего по своему составу водному теплоносителю I контура АЭС с реакторами типа ВВЭР, так и из дистиллированной воды превышают величину 103 мл/г при отношении V/m=100.
| Таблица 2 | ||
| Значения коэффициентов распределения Kd для I2 на различных сорбционных материалах из водных растворов. | ||
| (V/m=100; [I2]=9·10-4 М; время контакта - 120 мин) | ||
| Материал | Kd, мл/г | |
| водный раствор теплоносителя I контура | дистиллированная вода | |
| КУ-2 | 1,5 | 1,5 |
| КУ-2-Cu2+ | 3,5 | 2,5 |
| "Физхимин"-1М-m | 500 | 700 |
| "Физхимин"-3М-m | 2,0·103 | 1,0·104 |
| "Физхимин"-5М-m | 2,3·103 | 1,1·104 |
| "Физхимин"-8М-m | 2,1·103 | 1,7·104 |
| "Физхимин"-10МС-m | 2,3·103 | 1,7·103 |
В том случае, если содержание металла в смоле менее 3 вес.% (образец "Физхимин"-1М-m содержит 1,1 вес.% металла), коэффициент распределения Kd для I2 снижается по сравнению с использованием заявляемого сорбирующего материала примерно в 4 раза и составляет 500-700 мл/г.
При повышении содержания металла в смоле более 10 вес.% происходит механическое отделение фазы металла от матрицы (ионообменной смолы), при этом резко снижается эффективность сорбции I2.
В табл.3 приведены результаты сорбции I2 на некоторых образцах заявляемого сорбента в зависимости от времени контакта. Данные табл.3 показывают, что практически полное необратимое поглощение I2 (более 95,0%) на образцах заявляемого материала достигается практически за 15 мин из раствора, отвечающего по своему составу водному теплоносителю I контура АЭС с реакторами типа ВВЭР.
| Таблица 3 | ||||
| Значения коэффициентов распределения Kd для I2 на различных сорбционных материалах из водного раствора теплоносителя I контура в зависимости от времени контакта. | ||||
| (V/m=100; [I2]=9·10-4 М) | ||||
| Материал | Kd, мл/г | |||
| Время контакта, мин | ||||
| 15 | 30 | 60 | 120 | |
| "Физхимин"-5М-m | 2,3·103 | 2,3·103 | 2,1·103 | 2,3·103 |
| "Физхимин"-10МС-m | 2,65·103 | 2,65·103 | 2,65·103 | 2,3·103 |
Преимуществами разработанного сорбционного материала являются: его низкая стоимость; высокая скорость и необратимость сорбции молекулярной формы радиоактивного иода из водных растворов, т.е. надежность локализации; термостойкость до температуры 85-95°С; использование промышленно-выпускаемой и широко применяемой для очистки радиоактивных отходов ионообменной смолы типа КУ-2.
Литература
1. Ксензенко В.И., Стасиневич Д.С. Химия и технология брома, иода и их соединений. - М.: Химия. 1995. С.69.
Claims (1)
- Сорбционный материал для локализации молекулярной формы радиоактивного иода из водных теплоносителей АЭС на основе ионообменных смол, модифицированных путем ионного обмена, отличающийся тем, что смола модифицирована ионами меди или смесью ионов меди и серебра так, что содержание в нем металлов составляет 3-10 вес.%, а сорбционный материал дополнительно обработан раствором гидразин гидрата.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007101532/06A RU2345431C2 (ru) | 2007-01-17 | 2007-01-17 | Сорбционный материал для локализации молекулярной формы радиоактивного иода из водных теплоносителей аэс на основе ионообменных смол |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007101532/06A RU2345431C2 (ru) | 2007-01-17 | 2007-01-17 | Сорбционный материал для локализации молекулярной формы радиоактивного иода из водных теплоносителей аэс на основе ионообменных смол |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007101532A RU2007101532A (ru) | 2008-07-27 |
| RU2345431C2 true RU2345431C2 (ru) | 2009-01-27 |
Family
ID=39810389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007101532/06A RU2345431C2 (ru) | 2007-01-17 | 2007-01-17 | Сорбционный материал для локализации молекулярной формы радиоактивного иода из водных теплоносителей аэс на основе ионообменных смол |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2345431C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2572813C2 (ru) * | 2011-10-26 | 2016-01-20 | Дайнитисейка Колор Энд Кемикалс Мфг. Ко., Лтд. | Способ удаления радиоактивного иода и гидрофильная смола для удаления радиоактивного иода |
| RU2717818C1 (ru) * | 2019-06-28 | 2020-03-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Композиционный материал для сорбционной очистки воздуха от летучих форм радиоактивного иода |
-
2007
- 2007-01-17 RU RU2007101532/06A patent/RU2345431C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2572813C2 (ru) * | 2011-10-26 | 2016-01-20 | Дайнитисейка Колор Энд Кемикалс Мфг. Ко., Лтд. | Способ удаления радиоактивного иода и гидрофильная смола для удаления радиоактивного иода |
| RU2717818C1 (ru) * | 2019-06-28 | 2020-03-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Композиционный материал для сорбционной очистки воздуха от летучих форм радиоактивного иода |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007101532A (ru) | 2008-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Portmann et al. | Determination of arsenic in sea water, marine plants and silicate and carbonate sediments | |
| Gaur | Determination of Cs-137 in environmental water by ion-exchange chromatography | |
| Van Grieken et al. | Chelex-100 ion-exchange filter membranes for preconcentration in x-ray fluorescence spectrometric analysis of water | |
| Anbar et al. | The exchange of hypochlorite and of hypobromite ions with water | |
| Ohzeki et al. | Enrichment of trace amounts of copper as chelate compounds using a finely divided ion-exchange resin | |
| Bingham et al. | Retention of acetate by montmorillonite | |
| RU2345431C2 (ru) | Сорбционный материал для локализации молекулярной формы радиоактивного иода из водных теплоносителей аэс на основе ионообменных смол | |
| Fisher et al. | Use of ion exchange resins for determination of uranium in ores and solutions | |
| Moghimi | Extraction of Ni (II) on micro crystalline naphthalene modified with organic-solution-processable functionalized nano graphene | |
| Liu et al. | Determination of trace indium in urine after preconcentration with a chelating‐resin‐packed minicolumn | |
| Tera et al. | Separation of uranium by anion exchange | |
| CN102895877A (zh) | 一种镉浓缩同位素的阴离子交换纯化方法 | |
| Gustin et al. | Spectrophotometric Determination of Palladium with 8-Aminoquinoline. | |
| Hassanien et al. | Separation and preconcentration of gallium (III), indium (III), and thallium (III) using new hydrazone-modified resin | |
| Hou et al. | Pre-separation neutron activation analysis of sewater, urine and milk for iodide and iodate | |
| Nietzel et al. | Ion exchange-spectrophotometric determination of thorium | |
| Sharp et al. | 23. Cobaltic acetate. Part I | |
| Calkins et al. | Photometric determination of boron in titanium and its alloys | |
| Jacobs et al. | Inorganic chromatography. Part I.—Static adsorption measurements | |
| RU2395858C1 (ru) | Композитный материал для локализации молекулярной формы радиоактивного йода | |
| Nekrasova et al. | Sorption of Th, U, and Am on phosphorus-containing ion-exchange materials | |
| Tsubota et al. | A Rapid Method for Determining Fission Products Contained in Waters Using an Ion Exchanger | |
| Faris | Separation of the rare earths by anion exchange in water-solvent mixtures in the presence of α-hydroxyisobutyric acid | |
| RU2282906C2 (ru) | Способ очистки радиоактивных водных растворов | |
| US4268269A (en) | Field test method for estimation of concentration of organic materials in water |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110118 |