RU2355056C1 - Sorbent for trapping volatile forms of radioactive or stable isotopes from gaseous phase - Google Patents
Sorbent for trapping volatile forms of radioactive or stable isotopes from gaseous phase Download PDFInfo
- Publication number
- RU2355056C1 RU2355056C1 RU2007129110/06A RU2007129110A RU2355056C1 RU 2355056 C1 RU2355056 C1 RU 2355056C1 RU 2007129110/06 A RU2007129110/06 A RU 2007129110/06A RU 2007129110 A RU2007129110 A RU 2007129110A RU 2355056 C1 RU2355056 C1 RU 2355056C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sorbent
- permeable
- porous
- inorganic base
- radioactive
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области переработки облученного ядерного топлива иммобилизации летучих форм радиоактивных и стабильных изотопов из газо-аэрозольного потока с узла рубки - растворения перерабатываемого топлива. Развитие науки и производства ставит на повестку дня актуальную задачу- создание керамических, газопроницаемых материалов с заданной химической стойкостью. В настоящее время эта задача усложняется тем, что практика использования изделий из таких материалов потребовала устойчивости в циклическом режиме эксплуатации под воздействием кислотных и щелочных сред, как это имеет место, например, при работе фильтрующих узлов в режимах эксплуатации и условиях регенерации в процессах иммобилизации летучих форм радиоактивных и стабильных изотопов (J, U, Ba, F) из газо-аэрозольного потока.The invention relates to the field of processing of irradiated nuclear fuel, the immobilization of volatile forms of radioactive and stable isotopes from a gas-aerosol stream from the cutting unit - dissolution of the processed fuel. The development of science and production puts on the agenda an urgent task - the creation of ceramic, gas-permeable materials with a given chemical resistance. Currently, this task is complicated by the fact that the practice of using products from such materials required stability in cyclic operation under the influence of acid and alkaline media, as is the case, for example, when filter units are operating in operating conditions and regeneration conditions in the processes of immobilization of volatile forms radioactive and stable isotopes (J, U, Ba, F) from a gas-aerosol stream.
Кроме того, к фильтрующим материалам предъявляются высокие требования по прочности, газопроницаемости, возможностям селективного или смешанного извлечения изотопов, высокой эффективности очистки. Комплекс свойств может быть реализован созданием пористых, керамических, проницаемых материалов, обладающих заданной пористостью, обеспечивающей размещение расчетного количества активного компонента, устойчивых к воздействию кислотных и щелочных сред, структурными характеристиками и химическим составом, определяющих ресурс работоспособности в реальных эксплуатационных условиях.In addition, high demands are placed on filtering materials for strength, gas permeability, selective or mixed isotope extraction capabilities, and high cleaning efficiency. The complex of properties can be realized by creating porous, ceramic, permeable materials with a given porosity, which ensures the placement of the calculated amount of the active component, resistant to acid and alkaline environments, structural characteristics and chemical composition that determine the service life in real operating conditions.
Известен сорбционный материал для улавливания летучих форм радиоактивного йода на углеродной или неорганической основе, содержащей соединение йодидциклоамина двухвалентного металла (RU 2174722 С2, от 05.07.1999).Known sorption material for trapping volatile forms of radioactive iodine on a carbon or inorganic basis, containing a compound of divalent metal iodide cycloamine (RU 2174722 C2, from 05.07.1999).
Недостатком сорбционного материала является использование порошков углерода, волокон углерода или γ-Al2О3, которые используются для организации насыпного слоя и имеют незначительную прочность и склонность к пылению в процессе перетаривания.The disadvantage of the sorption material is the use of carbon powders, carbon fibers or γ-Al 2 O 3 , which are used to organize the bulk layer and have little strength and a tendency to dust during the aging process.
Известен слой сорбента из керамического материала, импрегнированного смесью нитрата металла и вторичного амина (DE, 2645552, 1976).A known layer of sorbent made of ceramic material impregnated with a mixture of metal nitrate and a secondary amine (DE, 2645552, 1976).
Недостатком является низкий коэффициент очистки газообразных радиоактивных отходов от летучих форм радиоактивного йода.The disadvantage is the low coefficient of purification of gaseous radioactive waste from volatile forms of radioactive iodine.
Известен фильтр для очистки воздуха от радиоактивного йода, содержащий многослойный фильтрующий элемент, содержащий лобовой по ходу фильтруемого воздуха слой фильтрующего элемента, выполненный из карбонизированного углеволокнистого фильтровального неимпрегнированного материала с поверхностной плотностью не менее 200 г/м2, также фильтрующий элемент, содержащий слои, выполненные из фильтровального сорбирующего материала, содержащего частицы высокопористого сорбента, импрегнированного йодидом калия, третичным амином, азотнокислым серебром и/или йодидом бария в количестве не более 10%, а последний слой фильтрующего элемента по ходу очищаемого потока воздуха выполнен из тонковолокнистого материала (RU 2262758 С2, 20.10.2005).A known filter for air purification from radioactive iodine, containing a multilayer filter element containing a frontal layer of filtering element made of carbonized carbon fiber non-impregnated filter material with a surface density of at least 200 g / m 2 , also a filter element containing layers made from a filtering sorbent material containing particles of a highly porous sorbent impregnated with potassium iodide, tertiary amine, nitric acid with silver and / or barium iodide in an amount of not more than 10%, and the last layer of the filter element in the course of the cleaned air stream is made of fine fiber material (RU 2262758 C2, 20.10.2005).
Недостатком известного технического решения является использование в качестве импрегнантов йодидов калия, бария, которые термически неустойчивы в азотсодержащих оксидных средах при температуре выше 100°С, что снижает эффективность очистки и ресурс работоспособности загрузки.A disadvantage of the known technical solution is the use of potassium, barium iodides as impregnants, which are thermally unstable in nitrogen-containing oxide environments at temperatures above 100 ° C, which reduces the cleaning efficiency and the service life of the load.
Известен сорбент для улавливания радиоактивного йода, где в качестве пористой основы использован карбид кремния с пористостью от 30 до 60%, пропитанный солью азотнокислого серебра (RU 2288524 С1, 27.11.2006).A known sorbent for trapping radioactive iodine, where silicon carbide with porosity from 30 to 60%, impregnated with a salt of silver nitrate, is used as a porous base (RU 2288524 C1, 11/27/2006).
Недостатком известного сорбента является неопределенность в ресурсоспособности пористой основы, т.к. карбид кремния промышленного изготовления всегда содержит от 7 до 12% свободного кремния, который подвергается воздействию в щелочных средах в условиях нагрева, а кинетика процесса деградации механических свойств определена неравномерностью распределения его в объеме карбида кремния. Кроме того, по стоимости (400 $/кг) он не выдерживает альтернативы использования по-сравнению с другими керамическими материаламиA disadvantage of the known sorbent is the uncertainty in the resource capacity of the porous base, because silicon carbide of industrial manufacture always contains from 7 to 12% free silicon, which is exposed in alkaline environments under heating conditions, and the kinetics of the degradation of mechanical properties is determined by the uneven distribution of it in the volume of silicon carbide. In addition, at a cost ($ 400 / kg), it does not stand up to the alternative to use in comparison with other ceramic materials
Известен серебросодержащий сорбент «Силоксид» в соответствии с техническими условиями «Силоксид-сорбент» для улавливания радионуклидов йода из газовых сред ТУЛКВШ 94.373.00.000, Сосновый Бор, НИТИ им. А.П.Александрова, 1995 г.Known silver-containing sorbent "Siloxide" in accordance with the technical conditions "Siloxide-sorbent" for trapping iodine radionuclides from gaseous media TULKVSh 94.373.00.000, Sosnovy Bor, NITI im. A.P. Alexandrova, 1995
Сорбент не отвечает требованиям йодной очистки при переработке ОЯТ, т.к. имеет малый размер гранул (2 мм), невысокую удельную поверхность, что отражается на поглощающей емкости сорбента и аэродинамического сопротивления газоочистного аппарата.Sorbent does not meet the requirements of iodine purification during SNF reprocessing, as it has a small granule size (2 mm), a low specific surface area, which is reflected in the absorbing capacity of the sorbent and aerodynamic resistance of the gas cleaning apparatus.
Наиболее близким аналогом - прототипом - является сорбент, где в качестве пористой неорганической основы, пропитанной солью серебра (AgNO3) используют оксид алюминия γ-модификации марки А в виде гранул цилиндрической формы с диаметром основания от 3 до 4 мм и высотой от 10 до 15 мм по ГОСТ 8136-85 «Оксид алюминия активный. Технические условия» (С.И. Ровный, И.П.Пятин, И.А.Истомин, Улавливание йода-129 при переработке облученного ядерного топлива энергетических установок, «Атомная энергетика» Т.92, вып.6, 2002).The closest analogue - the prototype - is a sorbent, where aluminum oxide γ-modification grade A in the form of cylindrical granules with a base diameter of 3 to 4 mm and a height of 10 to 15 is used as a porous inorganic base impregnated with silver salt (AgNO 3 ) mm according to GOST 8136-85 "Active alumina. Technical conditions ”(S.I. Rovny, I.P. Pyatin, I.A. Istomin, Capture of iodine-129 in the processing of irradiated nuclear fuel from power plants,“ Atomic Energy ”T.92, issue 6, 2002).
Недостатком известного технического решения является использование γ-Al2O3 с содержанием Al2О3 не более 93-94%, что снижает его химическую устойчивость по сравнению с другими модификациями и марками Al2О3, склонность к механическому разрушению и истиранию в процессах эксплуатации и регенерации, пыление в процессе перетаривания.A disadvantage of the known technical solution is the use of γ-Al 2 O 3 with an Al 2 O 3 content of not more than 93-94%, which reduces its chemical stability compared to other modifications and brands of Al 2 O 3 , the tendency to mechanical destruction and abrasion in processes operation and regeneration, dusting during the process of reproduction.
Цель изобретения - улучшения качества, расширение области использования сорбента и базы материалов для его изготовления.The purpose of the invention is improving quality, expanding the field of use of the sorbent and the base of materials for its manufacture.
Поставленная цель достигается тем, что пористая проницаемая неорганическая основа сформирована проницаемой лабиринтной макроструктурой, перемычки которой выполнены из материалов, устойчивых к регенерирующим средам, и модифицированы компонентами наноструктурного размера по составу, идентичному основному материалу или образующими с ним новые соединения, устойчивые к регенерирующим средам, а поверхность порового пространства покрыта нанопористым слоем активного агента.This goal is achieved in that the porous permeable inorganic base is formed by a permeable labyrinth macrostructure, the jumpers of which are made of materials that are resistant to regenerating media, and modified with nanostructured components with a composition identical to the basic material or forming new compounds with it that are resistant to regenerating media, and the surface of the pore space is covered with a nanoporous layer of the active agent.
Сущность технического решения заключается в том, что выполнение неорганической основы в виде проницаемой лабиринтной макроструктуры обеспечивает осуществление процесса иммобилизации радиоактивных стабильных изотопов галогенного класса в режиме ламинарного истечения газо-аэрозольного потока, что интенсифицирует поверхностную кинетику хемосорбции, а выполнение активного в виде нанопористого слоя позволяет осуществить процесс хемосорбции в объеме и реализовать дополнительные адсорбционные процессы.The essence of the technical solution lies in the fact that the implementation of the inorganic base in the form of a permeable labyrinth macrostructure provides the process of immobilization of radioactive stable isotopes of the halogen class in the regime of laminar outflow of a gas-aerosol stream, which intensifies the surface kinetics of chemisorption, and the implementation of the active as a nanoporous layer allows the process chemisorption in volume and realize additional adsorption processes.
Выполнение перемычек из материалов, устойчивых к регенерирующим средам, обеспечивает многократное использование пористой, проницаемой, неорганической основы, а модифицирование основного материала компонентами наноструктурного размера позволяют увеличить физико-химические характеристики и плотность материала.The implementation of jumpers made of materials resistant to regenerating media ensures the repeated use of a porous, permeable, inorganic base, and the modification of the base material with nanostructured size components makes it possible to increase the physicochemical characteristics and density of the material.
Сравнение предлагаемого сорбента с прототипом позволяет утверждать о соответствии критерию «новизна», а отсутствие отличительных признаков в аналогах говорит о соответствии критерию «изобретательский уровень».Comparison of the proposed sorbent with the prototype allows us to claim compliance with the criterion of "novelty", and the absence of distinctive features in the analogues indicates compliance with the criterion of "inventive step".
Предварительное испытание позволяет судить о возможности широкого промышленного использования в очистных аппаратах атомной проницаемости.A preliminary test allows us to judge the possibility of wide industrial use in atomic permeability treatment apparatus.
В результате экспериментальных исследований и литературных данных (Б.Л.Красный, В.П.Тарасовский, Е.В.Рахманова, В.В.Бондарь. Химическая стойкость керамических материалов в кислотах и щелочах. Стекло и керамика, 2004 г., №10, с.23-24) в качестве кандидатных материалов для формирования перемычек в пористой, проницаемой неорганической основе могут быть использованы корунд с содержанием Al2О3 не менее 98-99%, корундо-муллит, муллит.As a result of experimental studies and literature data (B.L. Krasny, V.P. Tarasovsky, E.V. Rakhmanova, V.V. Bondar. Chemical Resistance of Ceramic Materials in Acids and Alkalis. Glass and Ceramics, 2004, No. 10, p.23-24) corundum with an Al 2 O 3 content of at least 98-99%, corundum-mullite, mullite can be used as candidate materials for the formation of jumpers in a porous, permeable inorganic base.
В качестве модифицирующих добавок может быть использован глинозем С-370, As modifying additives can be used alumina C-370,
SiO2, γ-Al2O3 с размером частиц 2-500 нм.SiO 2 , γ-Al 2 O 3 with a particle size of 2-500 nm.
В качестве активного агента может быть использован AgNO3 с величиной пор 300-700 нм и общей пористостью 30-40%. Пористая проницаемая, неорганическая основа может содержать от 50 до 85% пор, что позволяет варьировать в широких пределах содержание активного агента при сохранении низкого гидравлического сопротивления.AgNO 3 with a pore size of 300-700 nm and a total porosity of 30-40% can be used as an active agent. The porous permeable, inorganic base may contain from 50 to 85% of the pores, which allows you to vary within a wide range the content of the active agent while maintaining low hydraulic resistance.
Пример осуществления.An example implementation.
Неорганическая основа сорбента была сформирована в виде цилиндра весом 102,5 г. из α-Al2О3, с содержанием основного компонента 99,8% легированного 20 мас.% кремнезоля с размером частиц 12-15 нм. Лабиринтная проницаемая макроструктура содержала 65% проницаемых пор. Открытую поверхность порового пространства насыщали активным агентом путем пропитки раствором азотнокислого серебра (AgNO3) с концентрацией 40 г/л. Сушка сорбента проводилась ступенчато от 60°С до 140°С с целью обеспечения равномерного распределения активного агента на поверхности пор и удаления влаги. В результате этого процесса получали активный слой из AgNO3 с пористостью 35% и величиной пор 500-700 нм.The inorganic base of the sorbent was formed in the form of a cylinder weighing 102.5 g from α-Al 2 O 3 , with a content of the main component of 99.8% doped with 20 wt.% Silica with a particle size of 12-15 nm. The labyrinth permeable macrostructure contained 65% of the permeable pores. The open surface of the pore space was saturated with an active agent by impregnation with a solution of silver nitrate (AgNO 3 ) with a concentration of 40 g / L. The sorbent was dried stepwise from 60 ° C to 140 ° C in order to ensure uniform distribution of the active agent on the pore surface and moisture removal. As a result of this process, an active layer of AgNO 3 with a porosity of 35% and a pore size of 500-700 nm was obtained.
После насыщения AgNO3 вес сорбента составлял 111,6 г, что соответствовало содержанию активного агента (серебра) 51,6 мг/г.After saturation with AgNO 3, the weight of the sorbent was 111.6 g, which corresponded to the active agent (silver) content of 51.6 mg / g.
Процесс поглощения йода проводили при температуре сорбента ≈180°С с расходом газовой фазы 0,3 л/мин, что соответствовало скорости расхода йода от 30 до 50 мг/мин.The iodine absorption process was carried out at a sorbent temperature of ≈180 ° С with a gas phase flow rate of 0.3 l / min, which corresponded to an iodine flow rate of 30 to 50 mg / min.
Количество уловленного йода определяли взвешиванием сорбента до и после регенерации. Разница в весах до регенерации (102,792 г) и после регенерации (95,524 г) соответствовала концентрации йода 70 мг/г сорбента, что на 14,8% больше количества йода в форме йодида серебра, образующегося в соответствии со стехиометрией реакции при содержании серебра 51,6 мг/г, которое должно составлять 60,958 мг/г сорбента. Эту разницу вероятно можно отнести к адсорбции молекулярного йода в нанопорах сорбента.The amount of trapped iodine was determined by weighing the sorbent before and after regeneration. The difference in weight before regeneration (102.792 g) and after regeneration (95.524 g) corresponded to an iodine concentration of 70 mg / g sorbent, which is 14.8% more than the amount of iodine in the form of silver iodide, which is formed in accordance with the reaction stoichiometry with a silver content of 51, 6 mg / g, which should be 60.958 mg / g of sorbent. This difference can probably be attributed to the adsorption of molecular iodine in the nanopores of the sorbent.
Разница в весах неорганической основы до насыщения в азотнокислой среде и после регенерации в щелочной среде с концентрацией по щелочи 30 г/л была на уровне точности взвешивания на аналитических весах (≈0,001 г). Кроме того, испытания на прочность неорганической основы из α-Al2О3 легированной наночастицами SiO2 показали значения в 2-3 раза выше известных в литературе аналогов с пористостью в 45-50%.The difference in the weights of the inorganic base before saturation in the nitric acid medium and after regeneration in an alkaline medium with an alkali concentration of 30 g / l was at the level of accuracy of weighing on an analytical balance (≈0.001 g). In addition, strength tests of the inorganic base of α-Al 2 O 3 doped with SiO 2 nanoparticles showed values 2–3 times higher than analogs known in the literature with porosities of 45–50%.
Полученные характеристики на основании отличительных признаков показывают практическую полезность технического решения, его работоспособность в коррозионных средах и высокую механическую прочность, повышение емкости по адсорбируемому компоненту, позволяют существенно продлить срок использования сорбента, увеличить цикличность регенерационных процессов.The characteristics obtained on the basis of distinguishing features show the practical utility of the technical solution, its performance in corrosive environments and high mechanical strength, increasing the capacity of the adsorbed component, can significantly extend the life of the sorbent, increase the cyclicality of regeneration processes.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007129110/06A RU2355056C1 (en) | 2007-07-31 | 2007-07-31 | Sorbent for trapping volatile forms of radioactive or stable isotopes from gaseous phase |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007129110/06A RU2355056C1 (en) | 2007-07-31 | 2007-07-31 | Sorbent for trapping volatile forms of radioactive or stable isotopes from gaseous phase |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007129110A RU2007129110A (en) | 2009-02-10 |
| RU2355056C1 true RU2355056C1 (en) | 2009-05-10 |
Family
ID=40546237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007129110/06A RU2355056C1 (en) | 2007-07-31 | 2007-07-31 | Sorbent for trapping volatile forms of radioactive or stable isotopes from gaseous phase |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2355056C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2576762C1 (en) * | 2014-12-25 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева (РХТУ им. Д. И. Менделеева) | Highly porous ceramic honeycomb-block sorbents for retention of radioactive iodine and its compounds from the gas phase |
| RU2717818C1 (en) * | 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) | Composite material for sorption purification of air from volatile forms of radioactive iodine |
-
2007
- 2007-07-31 RU RU2007129110/06A patent/RU2355056C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| РОВНЫЙ С.И., ПЯТИН И.П., ИСТОМИН И.А. УЛАВЛИВАНИЕ ЙОДА-129 ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ОБЛУЧЕННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК. - АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА, Т.92, ВЫП.6, 2002. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2576762C1 (en) * | 2014-12-25 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева (РХТУ им. Д. И. Менделеева) | Highly porous ceramic honeycomb-block sorbents for retention of radioactive iodine and its compounds from the gas phase |
| RU2717818C1 (en) * | 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) | Composite material for sorption purification of air from volatile forms of radioactive iodine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007129110A (en) | 2009-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102640374B1 (en) | Carbon dioxide sorbent to control indoor air quality | |
| WO2020095934A1 (en) | Acidic gas absorption material and method for manufacturing same | |
| JP2015505718A5 (en) | ||
| US20010029843A1 (en) | Chemical filter and manufacturing method thereof | |
| JP2014533195A (en) | Method for applying a sorbent on a substrate, carrier and / or carrier coated substrate | |
| JP7164324B2 (en) | Hydrogen separator and hydrogen separation method | |
| US11446608B2 (en) | Method for reducing HTO concentration in aqueous solution | |
| Kong et al. | Use of monolithic silicon carbide aerogel as a reusable support for development of regenerable CO 2 adsorbent | |
| WO2008005762A2 (en) | Air filtration media comprising metal-doped silicon-based gel materials with oxidizing agents | |
| RU2355056C1 (en) | Sorbent for trapping volatile forms of radioactive or stable isotopes from gaseous phase | |
| JP4854999B2 (en) | Fluorine adsorbent and process for producing the same | |
| JPH0884926A (en) | Iodine adsorbent | |
| JP6353614B2 (en) | Chemical formaldehyde filter | |
| RU2474558C2 (en) | Method of producing ceramic block-cellular filter-sorbents for trapping gaseous radioactive and harmful substances | |
| WO2015109385A1 (en) | Carbon monolith, carbon monolith with metal impregnant and method of producing same | |
| JP2004524258A (en) | Ammonia oxidation method | |
| RU2288514C1 (en) | Sorbent for entrapping radioactive iodine from gas phase | |
| US20080156192A1 (en) | Air filtration media comprising metal-doped silicon-based gel materials with nitric acid and/or potassium persulfate | |
| JPH0268140A (en) | Adsorbent for removal of iodine in gas | |
| JP6264859B2 (en) | Siloxane removal agent and siloxane removal filter using the same | |
| WO2018021974A1 (en) | Composite material, its manufacture and use in gas purification | |
| JP2005013952A (en) | Carbon dioxide absorber | |
| US20120121471A1 (en) | Air filtration media comprising metal-doped silicon-based gel materials with pre-reduced oxidizing agents | |
| RU2036698C1 (en) | Absorbing filtering material and method of its production, method of separation of gases from radioactive substances | |
| JPS62129142A (en) | Air purifying agent |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110801 |