RU2474558C2 - Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных и вредных веществ - Google Patents
Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных и вредных веществ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2474558C2 RU2474558C2 RU2010149294/03A RU2010149294A RU2474558C2 RU 2474558 C2 RU2474558 C2 RU 2474558C2 RU 2010149294/03 A RU2010149294/03 A RU 2010149294/03A RU 2010149294 A RU2010149294 A RU 2010149294A RU 2474558 C2 RU2474558 C2 RU 2474558C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sorbents
- matrix
- heat treatment
- gaseous radioactive
- impregnation
- Prior art date
Links
Abstract
Настоящее изобретение относится к области химической технологии высокопористых керамических материалов и предназначено для использования непосредственно для фильтрации и адсорбции газообразных радиоактивных и вредных веществ в условиях высоких температур (свыше 1000°С) и химически агрессивных сред в процессах обращения с газообразными радиоактивными отходами и отработанным ядерным топливом на АЭС и радиохимических предприятиях атомной отрасли. Для получения универсальных керамических фильтров-сорбентов на корундовую высокопористую блочно-ячеистую матрицу, полученную методом воспроизведения структуры вспененного ретикулированного полиуретана, наносят смесь алюмозоля и кремнезоля в соотношении 20:80-80:20 методом многократной пропитки с последующей термообработкой. После первой пропитки проводят термообработку при 950-1100°С, после дальнейших пропиток - при температуре 500-550°С. Суммарное содержание нанесённых оксидов алюминия и кремния составляет 5-20 мас.% от массы матрицы. Технический результат изобретения - получение активного слоя с высокоразвитой поверхностью, что позволяет использовать полученные сорбционно-фильтрующие элементы в качестве носителей для нанесения специальных сорбентов и селективного улавливания отдельных компонентов газообразных радиоактивных и вредных отходов. 5 пр.
Description
Изобретение относится к области химической технологии керамических высокопористых ячеистых материалов и предназначено для использования в процессах обращения с газообразными радиоактивными отходами (ГРО) и отработанным ядерным топливом (ОЯТ) на АЭС и радиохимических предприятиях атомной отрасли.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения керамических высокопористых блочных ячеистых материалов (патент RU 2333700, приоритет от 11 июня 2002 г. Состав шихты для высокопористого материала с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов / А.И.Козлов, Е.С.Лукин), выбранный в качестве прототипа. Шихта состоит из инертного наполнителя (электрокорунда, карбида кремния, кварцевого песка) и дисперсного порошка оксида алюминия с добавками оксидов металлов II и IY группы таблицы Менделеева. Высокопористые ячеистые материалы (ВПЯМ) на ее основе получаются воспроизведением структуры вспененного ретикулированного полиуретана путем нанесения керамического порошка указанного состава в виде шликера на различных связках с последующим выжиганием основы и нагревом оставшегося керамического каркаса до температуры, при которой керамическое изделие приобретает заданные свойства. Развитие поверхности обожженных заготовок проводят путем пропитки золем оксида алюминия. Общая пористость керамических изделий составляет 85-92%. Образцы из высокопористой керамики выдерживают статическую нагрузку от 0,5 до 1,8 МПа в зависимости от состава и температуры термообработки.
Недостатком предложенного технического решения является ограничение удельной поверхности величиной 8-9 г/м3 при расчете на массу всего изделия, что составляет, соответственно, 180-200 г/м3 в пересчете на массу активного слоя.
Сущность и отличие заявляемого технического решения заключается в нанесении композиции, состоящей из алюмозоля и кремнезоля, с целью получения активного слоя с повышенной удельной поверхностью (до 350 м2/г) и сорбционной способностью.
Достигается это методом многократной пропитки исходных матриц с последующим обжигом (прокаливанием).
На полученную корундовую (на основе α-Аl2О3) высокопористую блочно-ячеистую матрицу со средним размером ячейки 0,5-1,5 мм методом многократной пропитки и термообработки наносится активная композиции следующего состава: алюмозоль - 20-80 мас.%, кремнезоль - 80-20 мас.%; после первой пропитки термообработка проводится при температурах 950-1100°С, после дальнейших пропиток - при температурах 500-550°С; при этом суммарное содержание нанесенных оксидов алюминия и кремния составляет 5-20 мас.% от массы матрицы.
При обжиге первого слоя при температурах 950-1100°С за счет термической диссоциации, а также фазовых переходов нанесенных на поверхность перемычек ВПЯМ слоев алюмозоля и кремнезоля образуется мультислойное покрытие, состоящее из различных модификаций оксидов алюминия и кремния (подложка), которое определяет удельную поверхность носителя, средний диаметр его пор и их распределение по размерам. Образование различных модификаций Аl2О3 и SiO2 обеспечивает их прочное сцепление с поверхностью корундовой матрицы, причем наличие в керамических перемычках микротрещин, образованных вследствие выгорания полимерной основы ВПЯМ, увеличивает поверхность этого сцепления, что влечет за собой увеличение прочности блочно-ячеистых фильтров-сорбентов. Результаты исследования методом ртутной порометрии, а также морфологического анализа показали, что характер пористости становится более равномерным по сравнению с ВПЯМ и изменяется в сторону мезопористой структуры с размерами пор 1-5 мкм при увеличении их количества.
Длительные испытания носителей в достаточно жестких условиях при высокой температуре без отслаивания подтверждают прочность сцепления образованной первичной подложки с поверхностью ВПЯМ.
Дальнейшие пропитки проводили при пониженной температуре термообработки (500-550°С) для образования максимального количества реакционноспособной аморфной фазы.
Данные РФА подтверждают образование в подложке аморфной фазы, образовавшейся при прокаливании алюмо- и кремнезолей. Кристаллическая фаза представлена корундом (материал керамического каркаса), магнезиальной шпинелью (также результат взаимодействия присутствующих в шликере магнийсодержащей добавки и глинозема в процессе синтеза ВПЯМ) и следами кристаллического кварца.
Техническим результатом является разработка способа получения сорбционно-фильтрующих элементов с развитой реакционноактивной поверхностью, которые могут использоваться для фильтрации газообразных радиоактивных отходов (например, аэрозолей, по инерционному механизму) и адсорбции (физической и химической) радиоактивных и вредных веществ, а также для нанесения последующих слоев специальных сорбентов для селективного улавливания отдельных газообразных компонентов радиоактивных и вредных отходов.
Благодаря традиционным для керамики преимуществам - высокой температуростойкости и химической стойкости, механической прочности, а также высокоразвитой поверхности и низкому аэродинамическому сопротивлению - керамические высокопористые фильтры-сорбенты позволяют проводить процесс газоочистки с высоким коэффициентом массопередачи при достаточно высоких скоростях газового потока с незначительными концентрациями реагирующих веществ в условиях высоких температур и агрессивных сред.
Применение предложенных фильтров-сорбентов исключает истирание сорбента, уплотнение слоя и унос частиц сорбента из реакционной зоны, что характерно для известных гранулированных оксидных сорбентов (на основе алюмогеля, силикагеля и искусственных цеолитов, например - патент RU 2061545), импрегнированных сорбентов на основе карбида кремния (патент RU 2288514); значительно облегчает условия его загрузки, позволяет проводить многократную регенерацию высокотемпературным обжигом и химическими методами.
При этом аппараты газоочистки могут собираться в компактных стабильных модулях, которые после улавливания значительного количества радиоактивных аэрозолей и летучих газообразных веществ представляют собой компактные стабильные формы для транспортирования и дальнейшего безопасного длительного хранения.
Реализованные составы и характеристики полученных фильтров-сорбентов приведены в примерах.
Пример 1.
Методом воспроизведения структуры вспененного ретикулированного полиуретана изготавливают исходные блочно-ячеистые матрицы корундового состава со средним размером ячейки (транспортных пор) 0,5-1,5 мм и выбранными размерами (диаметр 20-100 мм, высота 20-100 мм).
На полученные матрицы наносят композицию алюмозоля, стабилизированного ионами Сl- марки «АХК-09» и кремнезоля марки «КХК-01» в процентном массовом соотношении 20:80.
Золи оксидов алюминия и кремния предварительно смешивают при нагревании (до t=60-80°C) на водяной бане.
Элементы ВПЯМ (исходные матрицы) так же предварительно нагревают в сушильном шкафу (t=100-120°C).
Нанесение золей на поверхность исходных матриц проводят следующим образом:
- многократно погружают исходные матрицы в горячую смесь золей;
- удаляют избыток золей в процессе отекания с матриц на вибростоле;
- сушат матрицы в сушильном шкафу при до t=120-150°C;
- прокаливают высушенные матрицы при t=950-1100°C для закрепления адсорбированного на поверхности слоя оксидов.
Вторую пропитку осуществляют по методике, описанной выше. После сушки образцы фильтров-сорбентов прокаливают в печи при температуре 500-550°С в течение 1 часа.
Суммарное содержание нанесенных оксидов алюминия и кремния после термообработки составляет 5 мас.% от массы матрицы.
Характеристики полученных образцов фильтров-сорбентов:
кажущаяся плотность - 0,32 г/см3, открытая пористость (порозность) - 88%, удельная поверхность активного слоя - 320 м2/г.
Пример 2.
Методика изготовления образцов фильтров-сорбентов аналогична методике, изложенной в примере 1.
Соотношение алюмозоля и кремнезоля в наносимом активном слое в мас.% - 40:60.
Количество нанесенных на поверхность керамической матрицы суммарно оксидов алюминия и кремния после двух пропиток с последующей термообработкой (сушка при t=120-150°С, прокаливание при температурах 950-1100°С и 500-550°С, соответственно) составляет 5 мас.%.
Характеристики полученных образцов фильтров-сорбентов:
кажущаяся плотность - 0,32 г/см3, открытая пористость (порозность) - 86%, удельная поверхность активного слоя - 300 м2/г.
Пример 3.
Методика изготовления образцов фильтров-сорбентов аналогична методике, изложенной в примере 1.
Соотношение алюмозоля и кремнезоля в наносимом активном слое в мас.% - 60:40.
Количество нанесенных на поверхность керамической матрицы суммарно оксидов алюминия и кремния после двух пропиток с последующей термообработкой (сушка при t=120-150°С, прокаливание при температурах 950-1100°С и 500-550°С, соответственно) составляет 5 мас.%.
Характеристики полученных образцов фильтров-сорбентов:
кажущаяся плотность - 0,34 г/см3, открытая пористость (порозность) - 85%, удельная поверхность активного слоя - 280 м2/г.
Пример 4.
Методика изготовления образцов фильтров-сорбентов аналогична методике, изложенной в примере 1.
Соотношение алюмозоля и кремнезоля в наносимом активном слое в мас.% - 80:20.
Количество нанесенных на поверхность керамической матрицы суммарно оксидов алюминия и кремния после двух пропиток с последующей термообработкой (сушка при t=120-150°C, прокаливание при температурах 950-1100°С и 500-550°С, соответственно) составляет 5 мас.%.
Характеристики полученных образцов фильтров-сорбентов:
кажущаяся плотность - 0,35 г/см3, открытая пористость (порозность) - 85%, удельная поверхность активного слоя - 250 м2/г.
Пример 5.
Методика изготовления образцов фильтров-сорбентов аналогична методике, изложенной в примере 1.
Соотношение алюмозоля и кремнезоля в наносимом активном слое в мас.% - 40:60.
После первой пропитки и термообработки следовали вторая, третья и четвертая пропитки, осуществляемые аналогично второй пропитке в примере 1.
Количество нанесенных на поверхность керамической матрицы суммарно оксидов алюминия и кремния после четырех пропиток с последующей термообработкой (сушка при t=120-150°C, прокаливание при температурах 950-1100°С после первой пропитки; сушка при t=120-150°С, прокаливание при температурах 500-550°С после трех следующих пропиток) составляет 20 мас.%.
Характеристики полученных образцов фильтров-сорбентов:
кажущаяся плотность - 0,38 г/см3, открытая пористость (порозность) - 83%, удельная поверхность активного слоя - 350 м2/г.
Кислотостойкость всех образцов, приведенных в примерах лежит в пределах 97-98,5%.
Наиболее значимым и перспективным является применение керамических фильтров-сорбентов на АЭС и радиохимических предприятиях в процессах фильтрации радиоактивных аэрозолей, хемосорбции радиоактивного цезия, сорбции на специальных сорбентах радиоактивного йода и его соединений, радиоактивных рутения и углерода при утилизации радиоактивных отходов и переработке ОЯТ.
Claims (1)
- Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных и вредных веществ, включающий пропитку полиуретановой матрицы ячеистой структуры шликером, состоящим из инертного наполнителя - электроплавленного корунда, дисперсного порошка оксида алюминия и раствора поливинилового спирта (ПВС), сушку и обжиг, отличающийся тем, что на полученную корундовую высокопористую блочно-ячеистую матрицу со средним размером ячейки 0,5-1,5 мм методом многократной пропитки и термообработки наносится активная композиции следующего состава: алюмозоль - 20-80 мас.%, кремнезоль - 80-20 мас.%; после первой пропитки термообработка проводится при температурах 950-1100°С, после дальнейших пропиток - при температурах 500-550°С, при этом суммарное содержание нанесенных оксидов алюминия и кремния составляет 5-20 мас.% от массы матрицы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010149294/03A RU2474558C2 (ru) | 2010-12-02 | 2010-12-02 | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных и вредных веществ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010149294/03A RU2474558C2 (ru) | 2010-12-02 | 2010-12-02 | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных и вредных веществ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010149294A RU2010149294A (ru) | 2012-06-10 |
RU2474558C2 true RU2474558C2 (ru) | 2013-02-10 |
Family
ID=46679566
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010149294/03A RU2474558C2 (ru) | 2010-12-02 | 2010-12-02 | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных и вредных веществ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2474558C2 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2569651C1 (ru) * | 2014-06-09 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Д.И.Менделеева" (РХТУ им. Д.И.Менделеева) | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразного радиоактивного цезия |
RU2571875C1 (ru) * | 2014-12-29 | 2015-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева" (РХТУ им. Д. И. Менделеева) | Способ получения керамических высокопористых блочно-ячеистых материалов |
RU2594500C1 (ru) * | 2015-03-23 | 2016-08-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита") | Способ получения блочно-ячеистых фильтров-сорбентов |
RU206833U1 (ru) * | 2021-05-11 | 2021-09-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный энергетический университет» | Высокопористый ячеистый фильтр с порами для очистки газовых сред и воды |
RU2781263C1 (ru) * | 2022-04-19 | 2022-10-11 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Композиция для формирования шликерного безобжигового защитного от окисления покрытия |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07206539A (ja) * | 1993-12-31 | 1995-08-08 | T T Shii:Kk | 低温硬化型高強度軽量セラミック成形体の製造法 |
DE69906741T2 (de) * | 1998-07-07 | 2003-12-24 | Corning Inc | Dieselabgasfilter |
RU2233700C2 (ru) * | 2002-06-11 | 2004-08-10 | Козлов Александр Иванович | Состав шихты для высокопористого материала с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов |
EP2123618A1 (en) * | 2008-05-13 | 2009-11-25 | L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Ceramic foam with gradient of porosity in heterogeneous catalysis |
RU2377224C1 (ru) * | 2008-04-14 | 2009-12-27 | Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева | Способ изготовления высокопористых ячеистых керамических изделий |
-
2010
- 2010-12-02 RU RU2010149294/03A patent/RU2474558C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07206539A (ja) * | 1993-12-31 | 1995-08-08 | T T Shii:Kk | 低温硬化型高強度軽量セラミック成形体の製造法 |
DE69906741T2 (de) * | 1998-07-07 | 2003-12-24 | Corning Inc | Dieselabgasfilter |
RU2233700C2 (ru) * | 2002-06-11 | 2004-08-10 | Козлов Александр Иванович | Состав шихты для высокопористого материала с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов |
RU2377224C1 (ru) * | 2008-04-14 | 2009-12-27 | Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева | Способ изготовления высокопористых ячеистых керамических изделий |
EP2123618A1 (en) * | 2008-05-13 | 2009-11-25 | L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Ceramic foam with gradient of porosity in heterogeneous catalysis |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2569651C1 (ru) * | 2014-06-09 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Д.И.Менделеева" (РХТУ им. Д.И.Менделеева) | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразного радиоактивного цезия |
RU2571875C1 (ru) * | 2014-12-29 | 2015-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева" (РХТУ им. Д. И. Менделеева) | Способ получения керамических высокопористых блочно-ячеистых материалов |
RU2594500C1 (ru) * | 2015-03-23 | 2016-08-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита") | Способ получения блочно-ячеистых фильтров-сорбентов |
RU206833U1 (ru) * | 2021-05-11 | 2021-09-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный энергетический университет» | Высокопористый ячеистый фильтр с порами для очистки газовых сред и воды |
RU2781263C1 (ru) * | 2022-04-19 | 2022-10-11 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Композиция для формирования шликерного безобжигового защитного от окисления покрытия |
RU2792406C1 (ru) * | 2022-05-18 | 2023-03-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Газоочистной аппарат для улавливания летучих продуктов деления (варианты) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010149294A (ru) | 2012-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108602047B (zh) | 用于空气质量控制的二氧化碳吸着剂 | |
RU2619788C2 (ru) | Способ разделения газов с использованием цеолитов типа DDR со стабилизированной адсорбционной активностью | |
RU2712540C2 (ru) | Сорбенты диоксида углерода для контроля качества воздуха в помещении | |
TW309443B (ru) | ||
RU2474558C2 (ru) | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных и вредных веществ | |
CN106215869B (zh) | 多孔二氧化硅陶瓷负载Cu-MOF吸附剂及其制备方法 | |
CN111801151B (zh) | 酸性气体吸收材料及其制造方法 | |
JP5184781B2 (ja) | 改良された多孔質ムライト体及びそれらの形成方法 | |
WO2013001296A2 (en) | Zeolites and composites incorporating zeolites | |
MX2010014553A (es) | Metodo para elaborar cuerpos porosos de mulita acicular. | |
JP6516047B1 (ja) | 吸着素子 | |
US9610561B2 (en) | Method of making a honeycomb having channels containing a porous adsorbent | |
JPH07509182A (ja) | 触媒担体およびその製造法 | |
CN107497499B (zh) | 一种整体式簇状氧化铝负载催化剂及其应用 | |
RU2576762C1 (ru) | Керамический высокопористый блочно-ячеистый сорбент для улавливания радиоактивного йода и его соединений из газовой фазы | |
JP7183578B2 (ja) | 吸着シート及びその製造方法 | |
RU2233700C2 (ru) | Состав шихты для высокопористого материала с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов | |
RU2571875C1 (ru) | Способ получения керамических высокопористых блочно-ячеистых материалов | |
RU2475464C2 (ru) | Способ изготовления высокопористых ячеистых керамических изделий | |
RU2580959C1 (ru) | Способ получения керамических высокопористых блочно-ячеистых материалов | |
JP2003205246A (ja) | 触媒体及び触媒体用担体 | |
JP2016505491A (ja) | 改良された熱安定性を有する多孔質ムライト体 | |
JP6298826B2 (ja) | 多孔性セラミック組成物およびその調製方法 | |
EP2255077B1 (en) | A method of conditioning an exhaust gas treatment device | |
JPH0523584A (ja) | 吸着性セラミツク多孔体およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181203 |