RU2569651C1 - Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразного радиоактивного цезия - Google Patents
Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразного радиоактивного цезия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569651C1 RU2569651C1 RU2014123225/03A RU2014123225A RU2569651C1 RU 2569651 C1 RU2569651 C1 RU 2569651C1 RU 2014123225/03 A RU2014123225/03 A RU 2014123225/03A RU 2014123225 A RU2014123225 A RU 2014123225A RU 2569651 C1 RU2569651 C1 RU 2569651C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filter
- matrix
- corundum
- sorption
- sorbents
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области химической технологии керамических высокопористых ячеистых материалов и предназначено для использования в процессах улавливания паров цезия при остекловывании высокоактивных отходов, высокотемпературной переработке облученного ядерного топлива, в производстве цезиевых источников ионизирующего излучения. Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразного радиоактивного цезия включает пропитку полиуретановой матрицы ячеистой структуры шликером, состоящим из инертного наполнителя - электроплавленного корунда, дисперсного порошка оксида алюминия и раствора поливинилового спирта, сушку и обжиг. на полученную корундовую матрицу со средним размером ячейки 0,5-1,5 мм наносят методом многократной пропитки и термообработки в интервале температур 600-700ºС сорбционно-активную композицию из смеси алюмозоля и кремнезоля, взятых в соотношении оксидов алюминия и кремния 30-35:70-65 мас.%, с добавлением 0,3-0,8 мас.% поливинилового спирта по отношению к сухому веществу композиции. Количество композиции составляет 21-45 мас.% от массы матрицы. Керамический блочно-ячеистый фильтр-сорбент радиоактивного цезия имеет открытую пористость 85-90 об.%, предел прочности при сжатии 2,5-4,0 МПа, удельную поверхность сорбционно-активного слоя 300-360 м2/г. В результате процесса хемосорбции на полученных фильтрах-сорбентах образуются устойчивые кристаллические алюмосиликаты цезия: CsAlSiO4 (кальсилит) и CsAlSi2O6 (поллуцит), сорбционная емкость составляет 0,16-0,32 г Cs2O/г фильтра-сорбента. Технический результат изобретения - повышение сорбционной емкости фильтра. 4 пр.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области химической технологии керамических высокопористых ячеистых материалов и предназначено для использования в процессах обращения с радиоактивными отходами, а именно для улавливания паров цезия при остекловывании жидких высокоактивных отходов, высокотемпературной переработке облученного ядерного топлива, в производстве цезиевых источников ионизирующего излучения.
Целый ряд высокотемпературных процессов, например кальцинация, остекловывание высокоактивных отходов, изготовление источников ионизирующего излучения, волоксидация облученного ядерного топлива, сопровождается выделением радиоактивного цезия в парогазовой фазе. Улавливание его традиционно осуществляется низкотемпературной конденсацией паров 137Cs в системе газоочистки (конденсаторы, скрубберы) и последующей тонкой очисткой отходящих газов аэрозольными фильтрами.
Однако этот способ приводит к загрязнению коммуникаций и к образованию вторичных жидких радиоактивных отходов, требующих дополнительной переработки.
Более эффективным с точки зрения дальнейшей утилизации является метод фиксации цезия в различных силикатных матрицах, основанный на свойствах и структуре природных минералов, содержащих цезий.
Известен способ получения и применения для высокотемпературной хемосорбции паров радиоактивного цезия фильтра-«Губки», представляющего собой полые алюмосиликатные микросферы, выделенные из летучей золы от сжигания каменных углей, смешанные со смачивающим агентом и силикатным связующим и спеченные при температуре выше 800oС (разработка НИУ "Института Химии и Химической Технологии" СО РАН, ФГУП "Горно-Химический Комбинат" и ГУП "Научно- производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г.Хлопина": патент РФ №2165110, патент РФ №2196119).
Кажущаяся плотность полученной "губки" составляет 0,40..0,44 г/см3, открытая пористость - 50..55%, предел прочности при сжатии - до 1,6 МПа, удельная поверхность - 180 м2/г; коэффициент газопроницаемости 0,03 мм2. Предельная сорбционная емкость, рассчитанная по оксиду цезия, составляет 0,2 г/г фильтра (Баранов С. В. Баторшин Г.Ш., Максименко А.Д., Сизов П.В., Алой А.С., Стрельников А.В., Гаспарян М.Д., Грунский В.Н., Беспалов А.В. Алюмосиликатные фильтры для высокотемпературной хемосорбции паров цезия //Вопросы радиационной безопасности. - 2013. №1. - С.3-12).
Известен способ получения алюмосиликатного фильтра с разупорядоченной структурой для высокотемпературной хемосорбции паров изотопов цезия (патент РФ №2498430 «Алюмосиликатный фильтр для высокотемпературной хемосорбции паров изотопов цезия» /Алой А.С., Стрельников А.В., Соколов В.И., Баранов С. В., Максименко А.Д., Сизов П.В.). Алюмосиликатный фильтр с разупорядоченной структурой имеет открытую пористость 73..84 об.%, удельную поверхность 78..101 м2/г и предел прочности при сжатии - 1,1..3,7 МПа. Фильтр выполнен из пористого шамота (ПШ) - легковесного огнеупорного кирпича ШЛ-0,4 [ГОСТ 5040-96] с различной степенью дополнительной термообработки при температурах 1350..1500 оС. Коэффициент газопроницаемости таких фильтров составляет 0,65..0,68 мм2, сорбционная емкость находится в интервале 0,1..0,3 г Cs2O/г фильтра.
При удовлетворительной сорбционной емкости (до 0,3 г Cs2O/г фильтра) общими недостатками указанных фильтров являются относительно высокая плотность (0,4..0,55 г/см3), низкий коэффициент газопроницаемости (0,03..0,68 мм2), относительно низкая открытая пористость (50...84%), удельная поверхность (80..180 м2/г) и механическая прочность (предел прочности при сжатии - 1,1..3,7 МПа). В результате в процессе насыщения цезием при загрузках выше предельной емкости из-за отсутствия жесткого, инертного к его парам каркаса происходит деформация (разбухание) фильтра вплоть до разрушения и, как следствие, возникают проблемы при извлечении фильтров из реакционной зоны, транспортировке и длительном хранении. Для фильтров из керамической губки и пористого шамота эти нежелательные явления обнаруживаются при степени насыщения цезием 0,18-0,20 г Cs2O /г фильтра.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных вредных веществ (Патент РФ №2474558 «Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных и вредных веществ » /Гаспарян М.Д., Козлов И.А., Грунский В.Н., Беспалов А.В., Глаговский Э.М.), который заключается в пропитке полиуретановой матрицы ячеистой структуры керамическим шликером, состоящим из инертного наполнителя - электроплавленного корунда, дисперсного порошка оксида алюминия и раствора поливинилового спирта (ПВС), сушке и обжиге полученной корундовой матрицы и нанесении активной композиции следующего состава: алюмозоль - 20-80 мас. %, кремнезоль - 80-20 мас. %, - в количестве 5-20 мас. % от массы матрицы.
Полученные фильтры-сорбенты имеют высокую открытую пористость (до 88%), предел прочности при сжатии (до 2,5 МПа), удельную поверхность активного слоя (250-350 м2/г) и коэффициент газопроницаемости (20..30 мм2), однако в процессе высокотемпературной (700-1000 ºС) хемосорбции паров цезия они имеют относительно низкую сорбционную емкость по оксиду цезия до начала проскока - 0,05..0,12 г Cs2O/г фильтра.
Сущность и отличие заявляемого технического решения заключается в способе получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов газообразного радиоактивного цезия с повышенной сорбционной емкостью за счет увеличения содержания сорбционно-активного слоя и оптимизации его состава и структуры при сохранении высокой пористости, газопроницаемости и механической прочности.
Для достижения указанного технического результата предлагается способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразного радиоактивного цезия, заключающийся в следующем.
Высокопористый ячеистый материал (ВПЯМ) изготавливают методом воспроизведения структуры ретикулированного пенополиуретана (ППУ), пропитывая блоки, вырезанные из ППУ, шликером, содержащим инертный наполнитель - электроплавленый корунд, дисперсный порошок оксида алюминия и раствор поливинилового спирта, с последующей сушкой и обжигом в интервале температур 1450..1550 оС. В результате такой обработки органическая основа выгорает полностью и получается высокопористый блочно-ячеистый керамический каркас с общей открытой пористостью не менее 85..90%.
Для эффективной высокотемпературной хемосорбции паров изотопов цезия на полученный корундовый (на основе α-Al2O3) каркас со средним размером ячейки 0,5..1,5 мм методом многократной пропитки (от 1 до 3 раз) и последовательной термообработки в интервале температур 600..700ºС наносится сорбционно-активная композиция следующего состава (по сухому веществу): алюмозоль - 30..35 мас. %, кремнезоль - 70..65 мас. %, приближенного к стехиометрическому соотношению оксидов алюминия и кремния в наиболее устойчивом алюмосиликате цезия - поллуците (CsAlSi2O6). Для улучшения условий сцепления с корундовым каркасом и припекания активного слоя, увеличения его общей пористости и удельной поверхности в состав композиции вводится 0,3-0,8 мас. % по отношению к сухому веществу (суммарному содержанию оксидов алюминия и кремния) временной технологической связки - поливинилового спирта (ПВС), выгорающей в процессе термообработки. Перед каждой операцией пропитки проводили вакуумирование образцов.
Реализованные составы сорбционно-активного слоя и характеристики полученных фильтров-сорбентов приведены в примерах.
Пример 1.
Образцы керамических высокопористых блочно-ячеистых фильтров-сорбентов размерами 30..35 мм (диаметр) × 10..15 мм (высота) получали по шликерной технологии методом воспроизведения структуры исходных блоков ППУ с последующей сушкой и обжигом в интервале температур 1450..1550оС и дальнейшим нанесением на полученный корундовый каркас со средним размером ячейки 0,5..1,5 мм сорбционно-активной композиции методом последовательной пропитки, вакуумирования и последовательной термообработки при температуре 600ºС. Состав сорбционно-активной композиции по сухому веществу: γ-Al2O3 - 30 мас.%, SiO2 - 70 мас.%, ПВС - 0,3 мас.%. Содержание активной композиции после окончания цикла термообработки составляет 21 мас.% от массы корундовой матрицы. Открытая пористость образцов - 90 об.%, механическая прочность 2,5 МПа, удельная поверхность - 300 м2/г.
Сорбционную емкость образцов фильтров-сорбентов определяли при кальцинации стабильного CsNО3 в статическом режиме в лабораторной муфельной печи при t=1000°С. Алундовые тигли с CsNO3 помещали в алундовые стаканы, на которые устанавливали испытуемые и контрольные образцы фильтров-сорбентов. Через каждые 10 часов протекания процесса хемосорбции паров цезия в воздушной среде печи образцы фильтров-сорбентов взвешивали для определения степени их насыщения цезием (испытуемые) и контроля проскока цезия (контрольные). Эксперимент проводили до заметного проскока цезия через испытуемые образцы. Сорбционная емкость образцов фильтров-сорбентов, рассчитанная по оксиду цезия, в течение времени τ=40 ч составила 0,16 г Cs2O/г фильтра-сорбента.
Пример 2.
Методика изготовления образцов фильтров-сорбентов аналогична методике, изложенной в примере 1.
Состав сорбционно-активной композиции по сухому веществу: γ-Al2O3 - 30 мас.%, SiO2 - 70 мас.%, ПВС - 0,5 мас.%. Содержание активной композиции после термообработки при температуре 600ºС составляет 29 мас.% от массы корундовой матрицы. Открытая пористость образцов - 88 об.%, механическая прочность 3,0 МПа, удельная поверхность - 320 м2/г.
Сорбционная емкость образцов фильтров-сорбентов в аналогичных условиях эксперимента в течение времени τ=60 ч составила 0,20 г Cs2O/г фильтра-сорбента.
Пример 3.
Методика изготовления образцов фильтров-сорбентов аналогична методике, изложенной в примере 1.
Состав сорбционно-активной композиции по сухому веществу: γ-Al2O3 - 35 мас.%, SiO2 - 65 мас.%, ПВС - 0,5 мас.%. Содержание активной композиции после термообработки при температуре 650ºС составляет 37 мас.% от массы корундовой матрицы. Открытая пористость образцов - 86 об.%, механическая прочность 3,5 МПа, удельная поверхность - 340 м2/г.
Сорбционная емкость образцов фильтров-сорбентов в аналогичных условиях эксперимента в течение времени τ=60 ч составила 0,25 г Cs2O/г фильтра-сорбента.
Пример 4.
Методика изготовления образцов фильтров-сорбентов аналогична
методике, изложенной в примере 1.
Состав сорбционно-активной композиции по сухому веществу: γ-Al2O3 - 35 мас.%, SiO2 - 65 мас.%, ПВС - 0,8 мас.%. Содержание активной композиции после термообработки при температуре 700ºС составляет 45 мас.% от массы корундовой матрицы. Открытая пористость образцов - 85 об.%, механическая прочность 4,0 МПа, удельная поверхность - 360 м2/г.
Сорбционная емкость образцов фильтров-сорбентов в аналогичных условиях эксперимента в течение времени τ=90 ч составила 0,32 г Cs2O/г фильтра-сорбента.
Испытанные образцы фильтров-сорбентов характеризуются высокой открытой пористостью - 85..90 об.%, механической прочностью (предел прочности при сжатии 2,5..4,0 МПа), удельной поверхностью - 300..360 м2/г; кажущаяся плотность фильтров-сорбентов - 0,35..0,40 г/см3, коэффициент газопроницаемости - не менее 20 мм2. Суммарное количество нанесенной сорбционно-активной композиции составляет 21..45 мас.% от массы матрицы. При таком ее содержании сорбционная емкость возрастает в 2 - 2,6 раза и составляет 0,16..0,32 г Cs2O/г фильтра-сорбента.
При дальнейшем увеличении содержания сорбционно-активного слоя (свыше 45 масс.% от массы каркаса) заметно снижается размер ячеек, увеличивается плотность и газодинамическое сопротивление.
Данные РФА и микроанализа образцов после хемосорбции газообразного цезия подтверждают образование в сорбционно-активном слое, состоящем из аморфных γ - оксида алюминия (γ-Al2O3) и кремнезема (SiO2) в заданном соотношении 30..35: 70..65 мас.%, основной фазы - поллуцита при незначительном количестве кальсилита.
Образцы фильтров-сорбентов сохраняют ячеистую проницаемую структуру после насыщения парами цезия и имеют достаточную механическую прочность для транспортирования, дальнейшего хранения и последующей иммобилизации.
Применение предлагаемого изобретения позволяет получить новый тип керамических фильтров-сорбентов радиоактивного цезия с высокой сорбционной емкостью, механической прочностью, газопроницаемостью и рекомендовать их применение в процессах обращения с газообразными радиоактивными отходами, образующимися при регенерации облученного ядерного топлива, при отверждении жидких высокоактивных отходов и в системе газоочистки производства цезиевых источников ионизирующего излучения.
Claims (1)
- Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразного радиоактивного цезия, включающий пропитку полиуретановой матрицы ячеистой структуры шликером, состоящим из инертного наполнителя - электроплавленного корунда, дисперсного порошка оксида алюминия и раствора поливинилового спирта, сушку и обжиг, нанесение на корундовую высокопористую блочно-ячеистую матрицу со средним размером ячейки 0,5-1,5 мм методом многократной пропитки и термообработки активной композиции, отличающийся тем, что сорбционно-активная композиция наносится на корундовую высокопористую блочно-ячеистую матрицу в количестве 21-45 мас.% от массы матрицы из смеси алюмозоля и кремнезоля, взятых в соотношении оксидов алюминия и кремния 30-35:70-65 мас.%, с добавлением 0,3-0,8 мас.% поливинилового спирта по отношению к сухому веществу композиции при термообработке в интервале температур 600-700°С.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123225/03A RU2569651C1 (ru) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразного радиоактивного цезия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123225/03A RU2569651C1 (ru) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразного радиоактивного цезия |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2569651C1 true RU2569651C1 (ru) | 2015-11-27 |
Family
ID=54753576
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014123225/03A RU2569651C1 (ru) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразного радиоактивного цезия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2569651C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5981415A (en) * | 1996-07-01 | 1999-11-09 | Ube Industries, Ltd. | Ceramic composite material and porous ceramic material |
RU2352544C1 (ru) * | 2007-12-27 | 2009-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Способ получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала |
EP2141139A1 (en) * | 2008-07-03 | 2010-01-06 | L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Ceramic foams with gradients of composition in heterogeneous catalytic |
RU2474558C2 (ru) * | 2010-12-02 | 2013-02-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных и вредных веществ |
-
2014
- 2014-06-09 RU RU2014123225/03A patent/RU2569651C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5981415A (en) * | 1996-07-01 | 1999-11-09 | Ube Industries, Ltd. | Ceramic composite material and porous ceramic material |
RU2352544C1 (ru) * | 2007-12-27 | 2009-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Способ получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала |
EP2141139A1 (en) * | 2008-07-03 | 2010-01-06 | L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Ceramic foams with gradients of composition in heterogeneous catalytic |
RU2474558C2 (ru) * | 2010-12-02 | 2013-02-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных и вредных веществ |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101628824B (zh) | 增强多孔陶瓷体的强度的方法和由其形成的陶瓷体 | |
Punjak et al. | Aluminosilicate sorbents for control of alkali vapors during coal combustion and gasification | |
JP5457962B2 (ja) | 二酸化炭素捕捉材 | |
CS17592A3 (en) | Catalyst carrier | |
JPWO2014115814A1 (ja) | アルミナ質繊維及びアルミナ質繊維集合体 | |
US7348289B2 (en) | Catalyst body | |
KR910000595B1 (ko) | 중성자 흡수체 펠릿 | |
US20180057407A1 (en) | Porous ceramic structure | |
JP6516047B1 (ja) | 吸着素子 | |
RU2377224C1 (ru) | Способ изготовления высокопористых ячеистых керамических изделий | |
RU2569651C1 (ru) | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразного радиоактивного цезия | |
RU2474558C2 (ru) | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразных радиоактивных и вредных веществ | |
JP4094855B2 (ja) | 触媒体及び触媒体用担体 | |
RU2571875C1 (ru) | Способ получения керамических высокопористых блочно-ячеистых материалов | |
RU2233700C2 (ru) | Состав шихты для высокопористого материала с сетчато-ячеистой структурой для носителей катализаторов | |
RU2475464C2 (ru) | Способ изготовления высокопористых ячеистых керамических изделий | |
KR20220023531A (ko) | 다공성 지지체 및 이의 제조방법 | |
KR20150091072A (ko) | 개선된 열적 안정성을 갖는 다공성 멀라이트체 | |
JP6298826B2 (ja) | 多孔性セラミック組成物およびその調製方法 | |
RU2580959C1 (ru) | Способ получения керамических высокопористых блочно-ячеистых материалов | |
TW202003103A (zh) | 吸附片、吸附片之製造方法、及吸附元件 | |
RU2641748C2 (ru) | Герметичное изделие из высокотемпературного композиционного материала, армированного длинномерными волокнами, и способ его изготовления | |
RU2165110C2 (ru) | Керамическая губка для концентрирования и отверждения жидких особоопасных отходов и способ ее получения | |
RU2560046C1 (ru) | Керамический окислительно-стойкий композиционный материал и изделие, выполненное из него | |
RU2525396C1 (ru) | Состав шихты для высокопористого керамического материала с сетчато-ячеистой структурой |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TC4A | Change in inventorship |
Effective date: 20160623 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170610 |