UA143737U - Спосіб розділення важких ізотопів водню - Google Patents

Спосіб розділення важких ізотопів водню Download PDF

Info

Publication number
UA143737U
UA143737U UAU202001119U UAU202001119U UA143737U UA 143737 U UA143737 U UA 143737U UA U202001119 U UAU202001119 U UA U202001119U UA U202001119 U UAU202001119 U UA U202001119U UA 143737 U UA143737 U UA 143737U
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
isotopes
separation
tritium
electroosmotic
heavy
Prior art date
Application number
UAU202001119U
Other languages
English (en)
Inventor
Віктор Володимирович Долін
Олександр Вікторович Зубко
Олександр Васильович Пушкарьов
Ірина Михайлівна Севрук
Віталій Вікторович Долін
Original Assignee
Державна Установа "Інститут Геохімії Навколишнього Середовища Нан України"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Державна Установа "Інститут Геохімії Навколишнього Середовища Нан України" filed Critical Державна Установа "Інститут Геохімії Навколишнього Середовища Нан України"
Priority to UAU202001119U priority Critical patent/UA143737U/uk
Publication of UA143737U publication Critical patent/UA143737U/uk

Links

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Спосіб розділення важких ізотопів водню включає розділення протію, тритію і дейтерію у водних розчинах проводиться у трикамерних електроосмотичних комірках. У процесі електроосмосу під впливом прикладеного електричного поля у католіті відбувається концентрування катіонних форм легких ізотопів Н+ (D+), в аноліті - аніонних форм важких ізотопів ОТ-, утворених при дисоціації молекул НТО і DTO.

Description

Корисна модель належить до галузі технологій розділення тритію, дейтерію і протію у водній формі та може застосовуватись для очищення рідких радіоактивних відходів (РРВ), уповільнювача важководних ядерних реакторів (дейтерієвої води) від тритію, концентрування тритію і дейтерію у водних розчинах.
Функціонування об'єктів ядерно-паливного комплексу постійно супроводжується забрудненням рідких промислових скидів тритієм. Проблема запобігання такому забрудненню ускладнюється тим, що забруднюючий компонент (тритій) є складовою частиною водної транспортної субстанції. Рідкі стоки заводів з перероблення відпрацьованого ядерного палива очищуються від усіх радіонуклідів, крім тритію. У процесі штатної експлуатації важководних ядерних реакторів внаслідок активації дейтерію відбувається забруднення уповільнювача (важкої води) тритієм, що потребує заміни уповільнювача. Не менш важливими проблемами є необхідність очищення від тритію дейтерієвої води, яка використовується у ядерній промисловості, та підвищення ефективності технологій концентрування тритію з метою його подальшого використання.
Методи фракціонування ізотопів водню переважно пов'язані з електролізом водних розчинів
Іпатенти НО2438765, НОг438766, ВИ 26482631.
Для очищення невеликих обсягів високоактивних технологічних вод від тритію на АЕС використовують спосіб ізотопного обміну в системі "водень-вода" (патенти ВО 2380144,
РФ Мо 2060801|. При цьому досягається значний ізотопний ефект, проте дані технології вимагають значних енергетичних витрат для перетворення тритійованої води (НТО) у парогазовий стан (РФ Мо 22954931).
Існують методи ректифікації води, де використовується розділення і фракціонування ізотопів водню. В основі цих методів лежить неоднакова летючість НгоО, НО, ОТО ії НТО внаслідок різниці температур їх кипіння (патенти США 4799945, В 2201283, ВИ 2274607, ВІ 2400433, РФ 2142914, ВО 2091336, ВО 2010772, ОА 57558). У процесі ректифікації парова фаза збагачується більш летючою Н2гО, а рідка фаза - менш летючою важкою формою водню, що обумовлює концентрування дейтерію і тритію в кубовому залишку колони ректифікації. Головним недоліком таких способів є низька ефективність фракціонування ізотопів з коефіцієнтом близько 1.1, а також енергетичні витрати на перетворення води на пару.
Зо Способи ізотопного розділення НОО, що поєднують ректифікацію з термодифузійним хімічним ізотопним обміном води із використанням летючих речовин: аміаку, алкіламінів, сірководню, меркаптанів і ін. наведено в збірнику |21| без патентної реєстрації.
Спосіб ізотопного розділення НТО та концентрування тритію шляхом електролізу водних розчинів лужних електролітів розглянуто в науково-дослідній роботі ІЗ). При цьому більш легкий протій у запропонованому устаткуванні відновлюється на катоді і відділяється в газоподібному стані, а більш важкий дейтерій або тритій накопичуються в електроліті.
Суттєвим недоліком вказаних методів є їх висока енергоємність та вибухонебезпечність.
Можливим способом зниження витрат електроенергії при виділенні з розчину та концентруванні дейтерію є поєднання електролізного методу з ізотопним обміном в гетерогенних системах "рідина-газ" (2) Разом з тим, даний метод потребує складного технологічного обладнання і при цьому зберігає високу вибухову небезпеку.
Найближчим аналогом корисної моделі є патент РФ 2273066 "Способ переработки жидких радиоактивньїх отходов", в якому наводиться технологія перероблення рідких радіоактивних відходів, що містять тверді суспензії, колоїди та розчинені мінеральні солі радіоактивних елементів з використанням електродіалітичного розділення рідкої фази та електроосмотичного концентрування отриманого розсолу. Проте цей спосіб не передбачає виділення тритію з РРВ.
Проблема очищення дейтерієвої води від тритію вирішується з використанням процесу електроосмотичного фракціонування ізотопів водню у водних розчинах на протон-провідних мембранах. Теоретичною основою можливості електроосмотичного концентрування тритію при його видаленні з технологічних вод є пряма залежність енергії зв'язку в ізотопних водневих сполуках від маси ізотопу водню. В ізотопній молекулі тритійованої води ("НТО, ОТО") ковалентний зв'язок Ю-О і Т-О міцніший за Н-О | 1), тому є можливість ізотопного розділення водню із застосуванням електроосмостичного методу у водних розчинах на композитних протон-провідних мембранах.
Поставлена задача вирішується тим, що в способі розділення важких ізотопів водню, згідно з корисною моделлю, розділення протію, тритію і дейтерію у водних розчинах проводиться у трикамерних електроосмотичних комірках, у процесі електроосмосу під впливом прикладеного електричного поля у католіті відбувається концентрування катіонних форм легких ізотопів Ня (ря), в аноліті - аніонних форм важких ізотопів ОТ-, утворених при дисоціації молекул НТО і (510) рт.
Суть корисної моделі полягає в тому, що ОТО вихідного потоку рідких радіоактивних промислових скидів піддають фракціонуванню з використанням електроосмотичної комірки для відділення тритію від технологічної дейтерієвої води та концентрування важких ізотопів водню.
У процесі електроосмосу під впливом прикладеного електричного поля у католіті відбувається концентрування катіонних форм легких ізотопів Н" (07), в аноліті - аніонних форм важких ізотопів ОТ, утворених при дисоціації молекул НТО і ОТО. Використання протон-провідних мембран обумовлює можливість руху протиіонів в каналах протонних провідників шляхом тунельного або естафетного транспорту під дією електричного поля. Як протон-провідну мембрану використовують глинисті мінерали та їх суміші з цеолітом або кварцовим піском.
У розробленому способі розділення ізотопів водню використовуються особливості процесу дисоціації молекул води (1):
НгО «з НУ я ОН (1)
Під впливом прикладеного електричного поля іони, що утворилися при дисоціації молекул води, мігрують до електродів і концентруються в анодному і катодному просторах. Внаслідок того, що важкі ізотопи водню утворюють ковалентний зв'язок з киснем, міцніший у порівнянні з протієм, процес дисоціації молекул НТО і ОТО, які містять змішані ізотопи водню відбувається з переважним накопиченням легкого ізотопу в катіонній, а важкого - в аніонній формах (2, 3)
НТтО є Ні ОТ (2) рТОо з рот (3)
При дисоціації молекул важкої води за схемами (2, 3) відбувається зменшення концентрації тритію в катодному просторі електроосмотичної комірки зі збільшенням концентрації гідроксиду тритію в анодній частині пристрою.
Запропонований метод має ряд переваг у порівнянні з електролізними методами, що полягають в його енергоекономічності, вогне- та вибухобезпечності. На відміну від електродіалізу електроосмотичний спосіб фракціонування не потребує використання дорогих іонообмінних мембран (типу МАРІОМ), а дозволяє застосовувати недорогі композитні роздільні діафрагми. Таким чином з'являється можливість використання електроосмотичних комірок великих габаритних розмірів, що в свою чергу дає змогу рекомендувати зазначений метод для технологічних установок первинної стадії переробки тритійвмісних РРВ та важкої води.
Приклад
Для визначення можливості застосування електроосмотичного процесу для фракціонування ізотопів водню у водному розчині електролітів було виконано експериментальні роботи на серії модельних систем. Для цього використовувалась трикамерна електроосмотична комірка зі змінними протон- провідними мембранами, створеними з монтморилонітової (05-11) і сапонітової (05-12) глин, а також із суміші монтморилонітової глини і цеоліту (05-9) та монтморилоніту і кварцового піску (05-10).
Електроосмотична комірка в експериментальних системах складалася з 3-х циліндричних сегментів. У бокових камерах об'єм дорівнював 1000 см і у центральній камері 500 см3.
Центральна камера заповнювалася мономінеральною або композитною мінеральною субстанцією. Електроосмотичну фільтрацію забезпечувало використання лабораторного блока живлення ВК 1502.
Анодні камери систем заповнювали електролітом в кількості 450-550 см. Для створення електроліту використовували тритійовану воду з питомою активністю 5950 Бк х дм з додаванням безводної солі МагСОз, яка при взаємодії з водою надає розчину лужну реакцію.
Загальна концентрація мінеральної солі в електроліті становила 0,25 Об.
Режими забезпечення електроосмотичного процесу підбирались емпіричним шляхом з розрахунку швидкості перенесення рідини крізь мембрани на рівні 25-40 см" за добу.
Електроосмотичне фракціонування проводили протягом від 5 до 14 діб. Напругу між електродами підтримували від 2 до 8 В при силі струму від 0,005 до 0,08 А.
Із розчинів, одержаних у результаті електроосмотичного фракціонування (аноліт і католіт), а також із різнотемпературних фракцій вологи, відігнаних із мінеральних мембран після завершення експериментів, відбиралися проби на визначення питомої активності тритію. Пробу після очищення від органічних домішок (окиснення без водневим окиснювачем) та дистиляції змішували із сцинтилятором Ні 5іїте З УМаїЇІас у співвідношенні 8:12. Вміст тритію в підготовлених таким чином емульсіях визначався на рідинному низькофоновому сцинтиляційному |В- спектрометрі Оцапішив 1220 (КМ МаїІас) за стандартною методикою.
Під впливом електричного поля відбувалася електроосмотична фільтрація тритійованого електроліту крізь слабопроникні мембрани з анодної камери в катодну. При цьому зі збільшенням сили та напруги електричного струму істотно збільшувалася лужність водного бо розчину в катодній камері.
За час експерименту в процесі електроосмотичної фільтрації тритійованого електроліту крізь мінеральні мембрани питома активність тритію у фільтраті (католіті) зменшилась на 14 95 - 26 95 (табл.)
Таблиця
Зменшення питомої активності тритію в католіті після електроосмотичної фільтрації тритійованого електроліту крізь мінеральні мембрани
Титмеморани| ад итог
Тип мембрани Й
Бк х дм"З до
Джерела інформації: 1. Белл Р. Протон в химии. М.: Мир, 1977. 384 с. 2. Андреев Б. М., Арефьев Д. Г., Баранов В. Ю. и др. Изотопьі: свойства, получение, применение. Т 1, под ред. В. Ю.Баранова. М: Физматлит, 2005, 600 с. 3. Соботович З. В., Бондаренко Г. Н., Ветштейн Е. Е. и др. Изотопно-геохимическиєе методь! оценки степени взаймосвязи подземньїх и поверхностньїх вод. Киев, Наукова думка, 1977. 154 с.

Claims (3)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ
1. Спосіб розділення важких ізотопів водню, який відрізняється тим, що розділення протію, тритію і дейтерію у водних розчинах проводиться у трикамерних електроосмотичних комірках, у процесі електроосмосу під впливом прикладеного електричного поля у католіті відбувається концентрування катіонних форм легких ізотопів Ня (05), в аноліті - аніонних форм важких ізотопів ОТ", утворених при дисоціації молекул НТО і ОТО.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що центральна камера електроосмотичної комірки заповнюється протон- провідною мембраною, яка обумовлює можливість руху протиіонів у каналах протонних провідників шляхом тунельного або естафетного транспорту під дією електричного поля.
3. Спосіб за пп. 1 та 2, який відрізняється тим, що як протон-провідну мембрану застосовують глинисті мінерали та їх суміші з цеолітом або кварцовим піском.
UAU202001119U 2020-02-21 2020-02-21 Спосіб розділення важких ізотопів водню UA143737U (uk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU202001119U UA143737U (uk) 2020-02-21 2020-02-21 Спосіб розділення важких ізотопів водню

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU202001119U UA143737U (uk) 2020-02-21 2020-02-21 Спосіб розділення важких ізотопів водню

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA143737U true UA143737U (uk) 2020-08-10

Family

ID=72339719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAU202001119U UA143737U (uk) 2020-02-21 2020-02-21 Спосіб розділення важких ізотопів водню

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA143737U (uk)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4148708A (en) Combination ion exchange and electrodialysis fluid purification apparatus
JP5331707B2 (ja) 放射性廃液の処理方法および処理装置
JP4374341B2 (ja) ホウ素の分離および回収
AU2009209237B2 (en) Electrolytic eluent recycle device, apparatus and method of use
US20150336815A1 (en) Method of treatment of radioactive wastewater
US3135673A (en) Process and apparatus for electrolyzing salt solutions
JP5386215B2 (ja) 放射性廃液の処理方法および処理装置
JP5482917B2 (ja) 閉鎖系空間用の水回収装置
US9818496B2 (en) Method for treating tritium-water-containing raw water
JP2013075259A (ja) 閉鎖系空間用の水回収装置
RU2380144C1 (ru) Способ очистки воды от трития каталитическим изотопным обменом между водой и водородом
WO2014172360A2 (en) Advanced tritium system for separation of tritium from radioactive wastes and reactor water in light water systems
UA143737U (uk) Спосіб розділення важких ізотопів водню
JP4311811B2 (ja) 放射性廃液の処理方法
JP6676266B2 (ja) 電気再生式脱イオン装置
JP2014139530A (ja) 溶離液の再生方法及びその再生装置
WO2014117229A1 (en) Method and practical device composition for purification of air from gaseous tritium and concentration of tritium in a constant volume of water
WO2011055381A1 (en) Electrodialysis-distillation hybrid process for the recovery of dimethylsulfoxide (dmso) solvent from industrial effluent
KR820001653B1 (ko) 원자로심의 냉각수를 정제하기 위한 셀(cell)구조체
KR820001652B1 (ko) 원자로심의 냉각수로 부터 삼중수소를 제거하기 위한 셀(cell)구조체
JP5733853B2 (ja) 廃液からのヨウ化水素酸の回収方法
RU2767867C1 (ru) Способ выделения трития из загрязненных им вод
JP2020082078A (ja) 無機化合物含有水溶液の製造方法
Sedneva et al. Special Features of Electro-Membrane Recovery of Acids and Alkalis from the Water-Soluble Wastes of Nuclear Power Plants
Buehler et al. Electrochemical Processes