RU2161338C2 - Sorption filter medium for cleaning air from radioactive iodine - Google Patents
Sorption filter medium for cleaning air from radioactive iodine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2161338C2 RU2161338C2 RU99102284A RU99102284A RU2161338C2 RU 2161338 C2 RU2161338 C2 RU 2161338C2 RU 99102284 A RU99102284 A RU 99102284A RU 99102284 A RU99102284 A RU 99102284A RU 2161338 C2 RU2161338 C2 RU 2161338C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layers
- sorption
- carbon fiber
- air
- layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к области атомной техники, а именно - к очистке воздушных потоков вентсистем и сдувок с оборудования АЭС от радиоактивного йода и его соединений, а также может быть использовано для улавливания радиойода из газовой фазы с целью последующего его анализа. The claimed invention relates to the field of atomic engineering, namely to the cleaning of airflows of ventilation systems and vents from the equipment of nuclear power plants from radioactive iodine and its compounds, and can also be used to capture radioiodine from the gas phase for the purpose of its subsequent analysis.
Известно, что очистку воздушных потоков вентсистем АЭС от радиоактивного йода осуществляют с помощью йодных фильтров, в которых в качестве сорбционно-фильтрующего материала используют гранулированный активированный уголь (марки СКТ-З, СКТ-6), в том числе импрегнированный йодистым калием (KI), и/или вторичным, третичным амином, например триэтилендиамин (ТЭДА), 1,4 диазобицикло- [2,2,2]октан (ДАБКО), гексаметилентетраамин (ГМТА) (уротропин), или азотнокислым серебром [1]. Недостатком аналога является низкая эффективность очистки воздуха от радиойода, особенно от его органических форм (CH3I), доля которых в сбрасываемом воздухе составляет 60-85%.It is known that radioactive iodine is used to clean the airflow of ventilation systems of NPPs using iodine filters, in which granular activated carbon (grades SKT-3, SKT-6), including impregnated with potassium iodide (KI), is used as sorption-filtering material. and / or a secondary, tertiary amine, for example triethylenediamine (TEDA), 1,4 diazobicyclo- [2,2,2] octane (DABCO), hexamethylene tetraamine (HMTA) (urotropine), or silver nitrate [1]. The disadvantage of the analogue is the low efficiency of air purification from radioiodine, especially from its organic forms (CH 3 I), whose share in the discharged air is 60-85%.
В качестве материала для удаления радиойода используют и волокнистый активированный уголь с микропорами диаметром 0,003 - 0,03 мкм и общим объемом 0,16-0,95 см3/г, пропитанный амином [2]. Однако конкретный тип волокнистого угля не указан, так же как его поверхностная плотность, удельная поверхность и эффективность очистки от CH3I.Fibrous activated carbon with micropores with a diameter of 0.003-0.03 microns and a total volume of 0.16-0.95 cm 3 / g saturated with amine is also used as a material for removing radioiodine [2]. However, a specific type of fibrous carbon is not indicated, as well as its surface density, specific surface area and the efficiency of cleaning from CH 3 I.
Известен сорбционно-фильтрующий материал ФПУА-70-7,5 ТУ 2282-251-2100232-97 [3], предназначенный для очистки воздуха и технологических газов от радиоактивного йода в виде аэрозолей и в молекулярной форме. Материал получают путем введения в фильтрующий материал ФП высокодисперсного порошка активированного угля, импрегнированного азотнокислым серебром. Поверхностная плотность угольного сорбента 120±20 г/м2, эффективность улавливания молекулярного йода и его летучих соединений 98±1%. Однако этот материал не может быть использован при температуре выше 45-50oC и при высокой влажности (>90%); кроме того, он имеет малый ресурс - до 1000 ч (1,5 месяца), что крайне неудобно для использования соответствующих фильтров в вентиляционных системах.Known sorption-filtering material FPUA-70-7.5 TU 2282-251-2100232-97 [3], intended for the purification of air and process gases from radioactive iodine in the form of aerosols and in molecular form. The material is obtained by introducing into the filter material AF a finely divided activated carbon powder impregnated with silver nitrate. The surface density of the carbon sorbent is 120 ± 20 g / m 2 , the capture efficiency of molecular iodine and its volatile compounds is 98 ± 1%. However, this material cannot be used at temperatures above 45-50 o C and at high humidity (>90%); in addition, it has a small resource - up to 1000 hours (1.5 months), which is extremely inconvenient for the use of appropriate filters in ventilation systems.
Как аналог может быть приведен и фильтрующий материал для очистки тонкодисперсных газовых смесей от химических примесей, включающий верхний и нижний слои из синтетического материала, между которыми помещен углеродсодержащий сорбент, причем верхний слой выполнен из прочеса отходов производства полиакрилонитрильного волокна с удельной поверхностью 120-140 м2/г, нижний слой из прочеса отходов производства полиэфирного волокна, а в качестве углеродсодержащего сорбента использован нетканый материал из активированного углеродного волокна со степенью обгара 60-65%, причем общая высота фильтрующего слоя 0,35-0,45 м при объемном соотношении слоев 58-67,5:0,4-0,6: 41,6-31,9 [4].As an analogue, filtering material for cleaning fine-dispersed gas mixtures from chemical impurities, including the upper and lower layers of synthetic material, between which a carbon-containing sorbent is placed, the upper layer is made of waste polyacrylonitrile fiber waste with a specific surface area of 120-140 m 2 / g, the lower layer from the comb of waste from the production of polyester fiber, and as a carbon-containing sorbent used non-woven material from activated carbon fiber with a degree of burning of 60-65%, the total height of the filter layer being 0.35-0.45 m with a volumetric ratio of layers 58-67.5: 0.4-0.6: 41.6-31.9 [4].
Однако нетканый материал из углеродного волокна, как и прочес синтетических волокон, имеют невысокую удельную поверхность (до 140-400 м2/г) и низкую эффективность сорбции CH3I из воздуха при достаточно высокой толщине слоя загрузки (до 45 см).However, non-woven carbon fiber material, as well as synthetic fibers, has a low specific surface area (up to 140-400 m 2 / g) and low efficiency of CH 3 I sorption from air at a sufficiently high loading layer thickness (up to 45 cm).
Известные тканые углеволокнистые материалы (типа "бусофит") различных марок применяются в основном для очистки жидких сред, преимущественно от органических примесей, например для очистки гальванических растворов, гемодиализа и т.п. [5]. Гидродинамическое сопротивление потоку жидкости у тканых углеволокнистых материалов гораздо ниже, чем у гранулированных сорбентов, благодаря чему фильтровальное оборудование является более компактным и сокращаются отходы сорбента. Тканые материалы более механически прочны по сравнению с неткаными, однако для очистки газовых сред они до сих пор почти не применялись ввиду недостаточной изученности, хотя и известны некоторые их положительные свойства, такие как высокая скорость сорбции, связанная со специфичностью формы и структуры волокон, гидрофобность и способность к сорбции газообразных веществ даже при влажности ≥ 90% [5,6]. Known woven carbon fiber materials (such as "busofit") of various grades are mainly used for cleaning liquid media, mainly from organic impurities, for example, for cleaning galvanic solutions, hemodialysis, etc. [5]. The hydrodynamic resistance to liquid flow in woven carbon fiber materials is much lower than in granular sorbents, which makes the filtering equipment more compact and reduces sorbent waste. Woven materials are more mechanically strong compared to nonwovens, however, until now they have almost never been used for cleaning gas media due to insufficient knowledge, although some of their positive properties are known, such as a high sorption rate associated with the specificity of the shape and structure of fibers, hydrophobicity and ability to sorb gaseous substances even at humidity ≥ 90% [5,6].
Ближайшим аналогом по совокупности существенных признаков является сорбционно-фильтрующий материал для очистки сбрасываемого воздуха от радиойода, включающий гранулированный активированный уголь с удельной поверхностью порядка 1000 м2/г, пропитанный раствором 1-5% триэтилендиамина и/или 1-5% KI, частично или полностью [7]. Дисперсность зерен: ~ 1,7 мм 40%, ~ 1,17-1,5 мм 60%. Необходимая высота слоя угля 30-50 см, скорость воздушного потока 20-50 см, время контакта 0,5-1 с.The closest analogue for the combination of essential features is a sorption-filtering material for cleaning the discharged air from radioiodine, including granular activated carbon with a specific surface of the order of 1000 m 2 / g, impregnated with a solution of 1-5% triethylenediamine and / or 1-5% KI, partially or completely [7]. Grain dispersion: ~ 1.7 mm 40%, ~ 1.17-1.5 mm 60%. The required height of the coal layer is 30-50 cm, the air flow rate is 20-50 cm, the contact time is 0.5-1 s.
Недостатками известного сорбционно-фильтрующего материала является низкая эффективность очистки от органических соединений йода (CH3I и т.п.), особенно при повышенной влажности (≥ 90% относит.влажн.) воздуха и достаточно быстрое старение (отравление) угля, приводящее к снижению эффективности очистки от радиойода, особенно от CH3I. Так, коэффициент очистки воздуха от радиойода на свежем активированном угле СКТ-3 составляет ~ 11 (90,9%), а на отработанном 3,1 (67,8%); на свежем импрегнированном угле ~ 16, через 1-1,5 месяца ~ 6. Коэффициент динамической адсорбции CH3I на свежем угле в 30 раз ниже по сравнению с I2: 3,8•103 и 1,2•105 соответственно, при старении угля коэффициент адсорбции CH3I снижается до ~ 1,5•103 [8,9].The disadvantages of the known sorption-filtering material is the low efficiency of purification from organic iodine compounds (CH 3 I, etc.), especially at high humidity (≥ 90% relative humidity) of air and a fairly rapid aging (poisoning) of coal, leading to decrease in the efficiency of cleaning from radioiodine, especially from CH 3 I. Thus, the coefficient of air purification from radioiodine on fresh activated carbon SKT-3 is ~ 11 (90.9%), and on spent 3.1 (67.8%); on fresh impregnated coal ~ 16, after 1-1.5 months ~ 6. The coefficient of dynamic adsorption of CH 3 I on fresh coal is 30 times lower than I 2 : 3.8 • 10 3 and 1.2 • 10 5, respectively , during coal aging, the adsorption coefficient of CH 3 I decreases to ~ 1.5 • 10 3 [8.9].
Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности очистки воздушного потока от радиоактивного йода, в особенности от йодорганических форм (CH3I), и снижении влияния влажности на степень очистки.The problem solved by the invention is to increase the efficiency of purification of the air stream from radioactive iodine, in particular from organic iodine forms (CH 3 I), and reduce the effect of humidity on the degree of purification.
Содержание CH3I в воздухе вентсистем составляет 60-85%, поэтому для эффективной очистки сбрасываемого воздуха необходима полнота поглощения CH3I. При этом следует учитывать, что коэффициент динамической адсорбции CH3I на активированном угле в 30-50 раз ниже по сравнению с I2, что приводит к необходимости увеличения площади поверхности для достижения полноты поглощения CH3I. Так как углеволокнистые ткани с ультратонкими волокнами (диаметром 2-10 мкм) имеют удельную поверхность от 900 до 1400 м2/г и, кроме того, задерживают аэрозольные частицы из потока воздуха, обеспечивают высокую скорость сорбции и механически прочны, то для решения поставленной задачи целесообразно выбрать углеволокнистую ткань с определенными характеристиками. Углеволокнистая ткань должна быть карбонизированной, так как ее графитизация (обработка при более высокой температуре) приводит к структурированию волокон до структуры графита, уменьшению удельной поверхности и существенному ухудшению сорбционных свойств. Углеволокнистая ткань должна быть гидрофобной и иметь определенную поверхностную плотность. Таким образом, при выборе углеволокнистой ткани в качестве сорбционно-фильтрующего материала необходимо учитывать, что она должна обладать определенным комплексом (сочетанием) характеристик. Импрегнирование же сорбционно-фильтрующего материала с одной стороны повышает скорость адсорбции радиойода за счет одновременной работы нескольких механизмов сорбции (физическая; химическая - присоединение, замещение атома водорода в матрице; изотопный обмен), с другой стороны увеличивает необратимость сорбции.The content of CH 3 I in the air of ventilation systems is 60-85%, therefore, for the efficient purification of the discharged air, the completeness of absorption of CH 3 I is necessary. It should be noted that the coefficient of dynamic adsorption of CH 3 I on activated carbon is 30-50 times lower than I 2 , which leads to the need to increase the surface area to achieve complete absorption of CH 3 I. Since carbon fiber fabrics with ultrafine fibers (2-10 μm in diameter) have a specific surface area of 900 to 1400 m 2 / g and, in addition, they retain aerosol particles from the stream air, provide high speed of adsorption and mechanically strong, then to solve the problem it is advisable to choose a carbon fiber fabric with certain characteristics. Carbon fiber fabric should be carbonized, since its graphitization (processing at a higher temperature) leads to the structuring of fibers to a graphite structure, a decrease in the specific surface area and a significant deterioration in sorption properties. Carbon fiber should be hydrophobic and have a certain surface density. Thus, when choosing carbon fiber fabric as a sorption-filtering material, it must be taken into account that it should have a certain complex (combination) of characteristics. Impregnation of sorption-filtering material, on the one hand, increases the rate of adsorption of radioiodine due to the simultaneous operation of several sorption mechanisms (physical; chemical — attachment, substitution of a hydrogen atom in a matrix; isotopic exchange), and, on the other hand, increases the irreversibility of sorption.
Сущность изобретения состоит в том, что сорбционно-фильтрующий материал, импрегнированный 1-5% KI и/или амина частично или полностью, выполнен многослойным, а в качестве углеродсодержащего материала слоев использована карбонизированная углеволокнистая ткань с поверхностной плотностью 230-700 г/м2 и диаметром волокна 2-10 мкм, причем лобовой слой дополнительно импрегнирован 1-5% KI и/или амина, а объемное соотношение лобового и последующего слоев определено из условия (1-3):(2-4).The essence of the invention lies in the fact that the sorption-filtering material, impregnated with 1-5% KI and / or amine, partially or completely, is multilayer, and carbonized carbon-fiber fabric with a surface density of 230-700 g / m 2 and is used as the carbon-containing material of the layers fiber diameter of 2-10 μm, and the frontal layer is additionally impregnated with 1-5% KI and / or amine, and the volume ratio of the frontal and subsequent layers is determined from condition (1-3) :( 2-4).
Известно, что активированный углеродсодержащий материал сорбирует летучие формы йода из газовых сред [1,7]. Однако неизвестно, что благодаря фибриллярной ориентированной структуре и малому диаметру (2-10 мкм) углеродного волокна в карбонизированной ткани скорость адсорбции CH3I выше в 5-15 раз, время контакта в 2-10 раз ниже, требуемая высота слоя сорбента в 50 раз меньше, а емкость по CH3I в 2 раза выше, чем у гранулированного углеродного сорбента. Неизвестен также тот факт, что при фильтрации воздуха через углеволокнистую ткань при послойной геометрии загрузки кинетика и эффективность сорбции йодорганических соединений пропорциональны ее поверхностной плотности, а необходимый интервал поверхностной плотности ткани 230-700 г/м2. При меньшей плотности эффективность очистки воздуха от CH3I падает (в 3-4 раза) даже при удельной поверхности около 900-1000 м2/г. Ткани с плотностью выше 700 г/м2 использовать нецелесообразно, так как дальнейшее увеличение плотности не приводит к существенному росту коэффициента очистки от CH3I.It is known that activated carbon-containing material sorb volatile forms of iodine from gaseous media [1,7]. However, it is not known that due to the fibrillar oriented structure and the small diameter (2-10 μm) of the carbon fiber in the carbonized tissue, the adsorption rate of CH 3 I is 5-15 times higher, the contact time is 2-10 times lower, the required sorbent layer height is 50 times less, and the capacity for CH 3 I is 2 times higher than that of a granular carbon sorbent. It is also unknown that when filtering air through a carbon fiber fabric with a layered loading geometry, the kinetics and sorption efficiency of organo-iodine compounds are proportional to its surface density, and the required interval of surface density of the fabric is 230-700 g / m 2 . At a lower density, the efficiency of air purification from CH 3 I decreases (3-4 times) even with a specific surface of about 900-1000 m 2 / g. Fabrics with a density higher than 700 g / m 2 are inappropriate to use, since a further increase in density does not lead to a significant increase in the cleaning coefficient of CH 3 I.
Известно, что при использовании в качестве загрузки активированного импрегнированного угля основная часть радиойода в форме I2 сорбируется в лобовом слое сорбента из-за низкой концентрации радиойода и высокого коэффициента его адсорбции [10], далее распределяясь по высоте слоя с относительно равномерным снижением гамма-активности. В то же время радиойод в форме CH3I практически равномерно распределяется по высоте слоя угля. Нами впервые установлено, что на импрегнированной углеволокнистой ткани не только I2, но и CH3I сорбируется преимущественно в лобовом слое (до 60-70%), поэтому состав последующих слоев менее важен. В то же время, если лобовой слой выполнен из неимпрегнированной углеволокнистой ткани, сорбция CH3I в нем в 1,3-4,8 раза ниже и далее CH3I распределяется по толщине всего материала почти равномерно. В этом случае для достижения полноты сорбции число слоев ткани в слоях загрузки должно быть увеличено и общая высота слоя загрузки возрастает.It is known that when using activated impregnated carbon as a load, the main part of the radioiodine in the form of I 2 is adsorbed in the frontal layer of the sorbent due to the low concentration of the radioiodine and its high adsorption coefficient [10], then distributed along the layer height with a relatively uniform decrease in gamma activity . At the same time, the radioiodine in the form of CH 3 I is almost uniformly distributed along the height of the coal layer. We first found that on impregnated carbon fiber tissue, not only I 2 , but also CH 3 I is sorbed mainly in the frontal layer (up to 60-70%), therefore, the composition of subsequent layers is less important. At the same time, if the frontal layer is made of non-impregnated carbon fiber tissue, the sorption of CH 3 I in it is 1.3–4.8 times lower and then CH 3 I is distributed almost uniformly over the thickness of the entire material. In this case, in order to achieve complete sorption, the number of tissue layers in the loading layers should be increased and the overall height of the loading layer increases.
Сорбционно-фильтрующий материал выполнен многослойным для обеспечения полноты поглощения всех форм радиойода, в особенности органических. Импрегнирование первого лобового слоя позволяет уменьшить общее число слоев и улучшает работу последующих слоев, так как селективно выбирает β- и γ-активности (до 70%). Таким образом, положительный эффект заключается в сочетании импрегнированных и неимпрегнированных слоев углеволокнистой ткани, способной поглощать все формы йода за счет сочетания различных механизмов сорбции. Sorption-filtering material is multilayer to ensure complete absorption of all forms of radioiodine, especially organic ones. Impregnation of the first frontal layer allows to reduce the total number of layers and improves the operation of subsequent layers, as it selectively selects β- and γ-activities (up to 70%). Thus, the positive effect is a combination of impregnated and non-impregnated layers of carbon fiber tissue, capable of absorbing all forms of iodine due to a combination of various sorption mechanisms.
В целом, предлагаемое техническое решение характеризуется:
- новым типом сорбционно-фильтрующего материала, направленным на повышение эффективности очистки воздуха от радиойода, в особенности его органических форм (CH3I);
- многослойным материалом из карбонизированной углеволокнистой ткани, причем лобовой слой выполнен импрегнированным при объемном соотношении лобового и последующего слоев (1-3):(2-4), что обеспечивает эффективность очистки от радиоактивного йода, равную 99,0-99,9%, и от CH3I (при концентрации 15-30 мг/л) 99,3-99,9% с емкостью 5-15 мг/см2.In general, the proposed technical solution is characterized by:
- a new type of sorption-filtering material aimed at increasing the efficiency of air purification from radioiodine, in particular its organic forms (CH 3 I);
- a multilayer material of carbonized carbon fiber tissue, and the frontal layer is impregnated with a volume ratio of the frontal and subsequent layers (1-3) :( 2-4), which ensures the efficiency of purification from radioactive iodine equal to 99.0-99.9%, and from CH 3 I (at a concentration of 15-30 mg / l) 99.3-99.9% with a capacity of 5-15 mg / cm 2 .
По сравнению с ближайшим аналогом (гранулированным активированным углем) эффективность очистки воздуха от молекулярной (I2) и органических форм (CH3I) радиоактивного йода выше в 2-7 раз, при влажности воздуха ≥ 90% и необходимой высоте слоя загрузки в 50-30 раз меньшей.Compared with the closest analogue (granular activated carbon), the efficiency of air purification from molecular (I 2 ) and organic forms (CH 3 I) of radioactive iodine is 2-7 times higher, with air humidity ≥ 90% and the required loading layer height of 50- 30 times smaller.
Результатом использования предлагаемой сорбционно-фильтрующей загрузки является улучшение радиационной обстановки в помещениях АЭС, повышение компактности оборудования, уменьшение выбросов радиоактивного йода и улучшение экологической обстановки вблизи АЭС. The result of the use of the proposed sorption-filter load is the improvement of the radiation situation in the premises of the NPP, the increase in the compactness of the equipment, the reduction of radioactive iodine emissions and the improvement of the environmental situation near the NPP.
Примеры конкретного выполнения. Examples of specific performance.
Пример 1. Сравнение с аналогом и прототипом при очистке воздуха от CH3I (концентрация 15-31 мг/л).Example 1. Comparison with analogue and prototype when cleaning air from CH 3 I (concentration of 15-31 mg / l).
В лабораторных условиях через фильтр-колонки, содержащие загрузку гранулированного активированного угля СКТ-3 или гранулированного активированного угля СКТ-3, импрегнированного 2% ТЭДА, а также материал из активированной углеволокнистой ткани, пропускали поток воздуха, содержащего 15-22 мг/л CH3I. Скорость воздушного потока составляла 320 см/мин. Параллельно поток воздуха пропускали через фильтродержатель с 1 слоем углеволокнистой ткани или 1 слоем той же ткани, импрегнированной 1% ТЭДА, скорость потока составляла 30 см/мин, концентрация CH3I 24-31 мг/л. Анализировали исходную (входную) и выходную концентрацию CH3I и определяли параметры, характеризующие процесс сорбции CH3I. Результаты даны в табл. 1. Импрегнирование KI в отсутствие радиоактивного йода не применяли, так как в этом случае изотопного обмена нет.Under laboratory conditions, a stream of air containing 15-22 mg / l CH 3 was passed through filter columns containing a load of granulated activated carbon SKT-3 or granular activated carbon SKT-3 impregnated with 2% TEDA, as well as material from activated carbon fiber tissue I. The air flow rate was 320 cm / min. In parallel, an air stream was passed through a filter holder with 1 layer of carbon fiber fabric or 1 layer of the same fabric impregnated with 1% TEDA, the flow rate was 30 cm / min, the concentration of CH 3 I was 24-31 mg / l. We analyzed the initial (input) and output concentration of CH 3 I and determined the parameters characterizing the sorption process of CH 3 I. The results are given in table. 1. Impregnation of KI in the absence of radioactive iodine was not used, since in this case there is no isotopic exchange.
Из данных табл. 1 следует, что карбонизированная углеродистая ткань (УВТ) значительно эффективнее поглощает CH3I, особенно при геометрии загрузки в виде слоя, а не набивки колонки. Коэффициент очистки, динамический коэффициент сорбции, емкость УВТ в 2-2,5 раза выше, чем СКТ-3, в то же время толщина слоя сорбента и время контакта у УВТ ниже в 50 и в 6 раз соответственно; ниже и скорость движения фронта сорбции - в 4,5 раз, а коэффициент эффективности очистки выше в 7 раз. Эти данные полностью подтверждают, что очистка воздушного потока от CH3I существенно эффективнее на загрузке из углеволокнистой ткани, выполненной в виде слоев.From the data table. 1 it follows that carbonized carbon fabric (UHT) absorbs CH 3 I much more efficiently, especially when loading geometry is in the form of a layer rather than a column packing. The cleaning coefficient, dynamic coefficient of sorption, UVT capacity is 2-2.5 times higher than SKT-3, at the same time, the sorbent layer thickness and UVT contact time are 50 and 6 times lower, respectively; lower and the speed of movement of the sorption front is 4.5 times, and the cleaning efficiency coefficient is 7 times higher. These data fully confirm that the purification of the air flow from CH 3 I is much more efficient on loading from carbon fiber fabric made in the form of layers.
Таким образом, для повышения эффективности очистки воздуха от CH3I следует выбрать углеволокнистую ткань, в особенности импрегнированную, и выполнить сорбционно-фильтрующий материал в виде слоев ткани.Thus, to increase the efficiency of air purification from CH 3 I, one should choose a carbon-fiber fabric, especially impregnated, and perform sorption-filtering material in the form of layers of fabric.
Пример 2. Сравнение с аналогом и прототипом при очистке воздуха от радиоактивного йода в форме CH3 131I (микроконцентрации) и обоснование многослойности материала, сравнительная оценка эффективности очистки от радиойода при влажности воздуха 90%.Example 2. Comparison with analogue and prototype when cleaning air from radioactive iodine in the form of CH 3 131 I (microconcentrations) and substantiation of the multilayered material, a comparative assessment of the effectiveness of cleaning from radioiodine at an air humidity of 90%.
Сравнение с аналогом при очистке воздуха от микроконцентраций радиойода необходимо, так как в реальных условиях вентсистем АЭС радиойод присутствует в воздухе в микроконцентрациях, а эффективность очистки от микро- и макроконцентраций может различаться. Comparison with an analogue when cleaning air from micro-concentrations of radio iodine is necessary, since in real conditions of ventilation systems of nuclear power plants, radio iodine is present in air in micro concentrations, and the efficiency of cleaning from micro and macro concentrations can vary.
Испытания проводились по методике ТУ ЛКВШ 94.373.00.000, основанной на сравнении поглотительной способности испытуемого материала со стандартом - силоксидом с известной сорбционной способностью. CH3 131I синтезируется в ходе опыта из Na131I и выдувается в поток воздуха. Температура 20-25oC, относительная влажность 90±2%, высота слоя сорбента 6 см, диаметр 3 см, скорость потока 10 л/мин (23,6 см/с), время контакта τк = 0,25 с. Слои углеволокнистой ткани помещались в фильтродержатель, диаметр фильтра 7 см (S = 38,47 см2), число слоев 3; скорость потока воздуха 260 см/мин (4,33 см/с), τк = 0,028 с (для УВТ-Т) и 0,097 с (для УВТ-ТМ). Результаты приведены в табл.2.The tests were carried out according to the technique of TU LKVSh 94.373.00.000, based on a comparison of the absorption capacity of the test material with the standard - siloxide with a known sorption ability. CH 3 131 I is synthesized during the experiment from Na 131 I and is blown into the air stream. Temperature 20-25 o C, relative humidity 90 ± 2%,
Очевидно, что при высоте слоя, в 10-50 раз большей и времени контакта в ≥ 1,5 раза выше, эффективность очистки от CH3 131I на загрузке активированного угля СКТ-3 сравнима по величине или ниже эффективности очистки на 3-х слойном материале из углеволокнистой ткани разных типов. Импрегнирование 1% KI или 1% ТЭДА повышает эффективность очистки на загрузке из углеволокнистой ткани одной и той же поверхностной плотности в 2-3 раза, а увеличение плотности ткани или отличия в способе ее подготовки приводят к повышению эффективности очистки до 92-96% и росту Коч в 2-4 раза.Obviously, with a layer height 10-50 times greater and a contact time ≥ 1.5 times higher, the cleaning efficiency of CH 3 131 I on the SKT-3 activated carbon charge is comparable in value to or lower than the cleaning efficiency on a 3-layer carbon fiber material of various types. The impregnation of 1% KI or 1% TEDA increases the cleaning efficiency on loading from the carbon fiber fabric of the same surface density by 2-3 times, and an increase in tissue density or differences in the method of preparation lead to an increase in cleaning efficiency to 92-96% and increase Koch 2-4 times.
Из полученных данных можно рассчитать необходимое число слоев УВТ-Т для полного поглощения CH3 131I, так как распределение активности по слоям, следующим за лобовым слоем, происходит относительно равномерно с незначительным снижением процента поглощенного CH3 131I. Для достижения эффективности очистки 99% (Коч=100) необходимо 6 слоев ткани при общей высоте слоя 0,24 см.From the obtained data, it is possible to calculate the required number of UVT-T layers for complete absorption of CH 3 131 I, since the distribution of activity between the layers following the frontal layer occurs relatively uniformly with a slight decrease in the percentage of absorbed CH 3 131 I. To achieve a cleaning efficiency of 99% (Koch = 100) 6 layers of fabric are needed with a total layer height of 0.24 cm.
Для УВТ-ТМ с большей массой (668 г/м2) полнота поглощения (98,5%) CH3 131I достигается при 4-х слоях неимпрегнированной ткани и общей высоте слоя 0,56 см.For UVT-TM with a greater mass (668 g / m 2 ), the absorption completeness (98.5%) of CH 3 131 I is achieved with 4 layers of non-impregnated tissue and a total layer height of 0.56 cm.
Пример 3. Обоснование величины поверхностной плотности углеволокнистой ткани и диаметра волокна. Example 3. The rationale for the surface density of carbon fiber tissue and the diameter of the fiber.
Испытания проведены в тех же условиях, как и в примере 1. Фильтрация воздуха, содержащего CH3I (20-35 мг/л), производилась через 1 слой углеволокнистых тканей и нетканых материалов, полученных карбонизацией ткани и волокон из гидратированной целлюлозы. Диаметр фильтра 1 см, скорость воздушного потока 21 мл/мин (26,8 см/мин). Результаты в табл.3.The tests were carried out under the same conditions as in example 1. Air containing CH 3 I (20-35 mg / l) was filtered through 1 layer of carbon fiber fabrics and non-woven materials obtained by carbonization of fabric and fibers from hydrated cellulose.
Эффективность очистки от CH3I и количество поглощенного CH3I на единицу площади фильтра возрастают пропорционально увеличению поверхностной плотности ткани.The cleaning efficiency of CH 3 I and the amount of absorbed CH 3 I per unit area of the filter increase in proportion to the increase in the surface density of the fabric.
Снижение плотности углеволокнистой ткани до значений ≤ 220 г/м2 уменьшает Коч в 3 и более раз, количество поглощенного CH3I в мг/см2 - примерно в 3,5 раза.Reducing the density of carbon fiber tissue to values ≤ 220 g / m 2 reduces Koch by 3 or more times, the amount of CH 3 I absorbed in mg / cm 2 is about 3.5 times.
Нетканые материалы задерживают CH3I хуже, чем тканые.Nonwovens retain CH 3 I worse than wovens.
Более толстые и плотные материалы с массой > 700 г/м2 применять нецелесообразно, углеродные волокна с большим диаметром неэффективны, а с меньшим и ультратонкие находятся в стадии разработки.Thicker and denser materials with a mass> 700 g / m 2 are not practical to use, carbon fibers with a large diameter are ineffective, and with a smaller and ultrathin are under development.
Пример 4. Обоснование многослойности загрузки, необходимости импрегнирования лобового слоя, объемного соотношения лобового и последующего слоев. Example 4. The rationale for the multilayer loading, the need for impregnation of the frontal layer, the volume ratio of the frontal and subsequent layers.
Проведены испытания эффективности очистки от радиойода воздуха в вентсистеме ВЦ-4 и сдувке с бака опорожнения разгрузо-загрузочной машины (БОР-4) на ЛАЭС. Слои сорбционно-фильтрующего материала монтировались в сборку, площадь каждого фильтрующего слоя составляла 20 см2, скорость прокачки воздуха 10-12 л/мин, длительность экспозиции от 0,5 ч до 100 ч. После опыта измеряли β,γ-активность слоев материала (или сборки в целом) с выделением γ- линии 131I (36 кэВ). Испытан сорбционно-фильтрующий материал из неимпрегнированной и импрегнированной углеволокнистой ткани с разной массой и разным числом слоев, также смешанные загрузки с разным соотношением слоев. Результаты даны в табл. 4. Доля йодорганических соединений в сдувке с БОР составляет 70-95%, в воздухе ВЦ-4 40-45% [5].Tests were made of the effectiveness of cleaning radio air iodine in the VTs-4 ventilation system and blowing off the discharge tank of the unloading and loading machine (BOR-4) at the Leningrad NPP. The layers of sorption-filtering material were assembled into the assembly, the area of each filtering layer was 20 cm 2 , the air pumping rate was 10-12 l / min, the exposure duration was from 0.5 h to 100 h. After the experiment, β and γ-activity of the material layers were measured ( or assembly as a whole) with the release of the γ-line 131 I (36 keV). Sorption-filtering material from non-impregnated and impregnated carbon fiber fabric with different weights and different numbers of layers was tested, as well as mixed loads with different layer ratios. The results are given in table. 4. The proportion of iodine-organic compounds in the blow-off with BOR is 70-95%, in the air of VTs-4 40-45% [5].
Для достижения поглощения ≥ 99% β-активности и 131I число слоев карбонизированной углеволокнистой ткани в сорбционно-фильтрующем материале в целом должно быть не менее 4-5 (в зависимости от массы и импрегнирования УВТ), при этом общая высота слоя 0,2-0,7 см. Для создания запаса емкости и эффективности очистки (повышение ресурса) число слоев ткани может быть увеличено до 6-7 и высота всего слоя материала до 1,0 см. Дальнейшее увеличение числа слоев нецелесообразно, так как не влияет на эффективность очистки, но повышает гидродинамическое сопротивление. Изменение влажности воздуха не имеет существенного влияния на эффективность очистки.In order to achieve absorption of ≥ 99% β-activity and 131 I, the number of layers of carbonized carbon fiber tissue in the sorption-filtering material as a whole should be at least 4-5 (depending on the mass and impregnation of UVT), while the total layer height is 0.2- 0.7 cm. To create a reserve of capacity and cleaning efficiency (increasing the resource), the number of fabric layers can be increased to 6-7 and the height of the entire material layer to 1.0 cm. A further increase in the number of layers is impractical, since it does not affect the cleaning efficiency but increases hydrodynamic resistance e. Changes in air humidity do not have a significant impact on cleaning performance.
Импрегнирование углеволокнистой ткани 1-2% KI и/или ТЭДА приводит к увеличению поглощения β-активности в лобовом слое в 1,3 раза, а поглощение 131I с 75-79% до 93-95% при 3-х слоях ткани. Импрегнирование лобового слоя позволяет уменьшить общее число слоев. Оптимальное соотношение импрегнированного и неимпрегнированного слоев углеволокнистой ткани (1-3):(2-4), то есть из 5 слоев ткани хотя бы один слой (лобовой) должен быть импрегнирован для достижения полноты поглощения β-активности и 131I. Импрегнирование всех слоев материала не является необходимым, так как не сказывается на общей эффективности очистки.Impregnation of carbon fiber tissue with 1-2% KI and / or TEDA leads to an increase in the absorption of β-activity in the frontal layer by 1.3 times, and the absorption of 131 I from 75-79% to 93-95% with 3 layers of tissue. Impregnation of the frontal layer reduces the total number of layers. The optimal ratio of impregnated and non-impregnated layers of carbon fiber tissue (1-3) :( 2-4), that is, of 5 layers of fabric, at least one layer (frontal) should be impregnated to achieve complete absorption of β-activity and 131 I. Impregnation of all layers material is not necessary, as it does not affect the overall cleaning efficiency.
В целом, высокая эффективность поглощения CH3I при малой толщине слоя углеволокнистой ткани (и высокой влажности воздуха) позволяет создать малогабаритные, по сравнению с существующими, фильтры-адсорберы для улавливания радиойода из газовых выбросов АЭС и совершенствовать методы контроля. Повышение эффективности очистки воздуха вентсистем пропорционально снижает выбросы радиоактивного йода на АЭС и улучшает радиационную и экологическую обстановку.In general, the high absorption efficiency of CH 3 I with a small layer of carbon fiber tissue (and high air humidity) allows us to create small-sized adsorbent filters for trapping radioiodine from gas emissions of nuclear power plants and to improve control methods. Increasing the efficiency of air ventilation of ventsystems proportionally reduces the emission of radioactive iodine at nuclear power plants and improves the radiation and environmental conditions.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Газоочистка и контроль газовых выбросов АЭС. /Нахутин И.Е., Очкин Д. В. и др./М.: Энергоатомиздат, 1993.LIST OF USED LITERATURE
1. Gas treatment and control of gas emissions of nuclear power plants. / Nakhutin I.E., Ochkin D.V. et al. / M.: Energoatomizdat, 1993.
2. Заявка N62-44239, Япония, заявлена 03.12.81, опубл. 18.09.87. 2. Application N62-44239, Japan, announced 03.12.81, publ. 09/18/87.
3. ТУ 2282-251-02100232-97. 3. TU 2282-251-02100232-97.
4. Авт. свидетельство России N 1708391 от 17.01.92 B 01 D 39/00, 39/16, 53/02. 4. Auth. certificate of Russia N 1708391 dated 01/17/92 B 01 D 39/00, 39/16, 53/02.
5. Ермоленко И.Н. и др., Элементсодержащие угольно-волокнистые материалы. - Минск: Наука и техника, 1989. 5. Ermolenko I.N. et al. Element-containing carbon fiber materials. - Minsk: Science and Technology, 1989.
6. Левит P.M., Электропроводящие химические волокна. - М.: Химия, 1986. 6. Levite P.M., Electrically conductive chemical fibers. - M .: Chemistry, 1986.
7. Design of Off-Gas and Air Cleaning systems at Nuclear Power Plants. Vienna, IAEA, 1987, p.48-49, 54. - ближайший аналог. 7. Design of Off-Gas and Air Cleaning systems at Nuclear Power Plants. Vienna, IAEA, 1987, p. 48-49, 54. - the closest analogue.
8. Крицкий В.Г. и др., Анализ эффективности йодных угольных адсорберов. Атомная энергия, т.83, вып. 1, 1997, с.44-49. 8. Kritsky V.G. et al., Analysis of the effectiveness of iodine carbon adsorbers. Atomic energy, vol. 83, no. 1, 1997, p. 44-49.
9. Александров А.Б. и др., Адсорбция паров молекулярного йода и йодистого метила из воздуха. ЖПХ (в печати). 9. Alexandrov A.B. et al. Adsorption of molecular iodine and methyl iodide vapors from air. Housing and communal services (in press).
10. Диденко Л.Г., Фатькин А.Г., Радиационная безопасность и защита АЭС. Вып.9, 1985, с.146. 10. Didenko LG, Fatkin AG, Radiation safety and protection of nuclear power plants. Vol. 9, 1985, p. 146.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99102284A RU2161338C2 (en) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | Sorption filter medium for cleaning air from radioactive iodine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99102284A RU2161338C2 (en) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | Sorption filter medium for cleaning air from radioactive iodine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99102284A RU99102284A (en) | 2000-12-20 |
| RU2161338C2 true RU2161338C2 (en) | 2000-12-27 |
Family
ID=20215521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99102284A RU2161338C2 (en) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | Sorption filter medium for cleaning air from radioactive iodine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2161338C2 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2221613C1 (en) * | 2003-03-05 | 2004-01-20 | Закрытое акционерное общество с иностранными инвестициями "Сорбент-Центр Внедрение" | Absorber for light-weight respirators |
| RU2262758C2 (en) * | 2003-11-24 | 2005-10-20 | Закрытое акционерное общество "Прогресс-Экология" (ЗАО "Прогресс-Экология") | Filter for air cleaning from radioactive iodine |
| RU2296711C2 (en) * | 2005-06-20 | 2007-04-10 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Method of purification of the lithium-containing solutions from the sodium and calcium ions |
| RU2346347C1 (en) * | 2007-05-22 | 2009-02-10 | Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН | Silica gel-based sorbing agent for radioiodine recovery |
| RU2346346C2 (en) * | 2007-02-26 | 2009-02-10 | Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН | Silica gel-based sorbing agent for radioiodine recovery |
| RU2461420C1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-09-20 | Открытое акционерное общество "Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" (ОАО "ЭНПО "Неорганика") | Method of producing impregnated sorbent |
| RU2487745C1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-07-20 | ООО "АэроФильтр ОЦНТ групп" | Sorption-filtration sandwich material and filter with such material |
| RU2568485C1 (en) * | 2014-10-03 | 2015-11-20 | Открытое акционерное общество "Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" (ОАО "ЭНПО Неорганика") | Method of obtaining impregnated elastic sorbent |
| RU180892U1 (en) * | 2018-02-08 | 2018-06-29 | Общество с ограниченной ответственностью "АэроФильтр" | INSTALLATION FILTER MODULAR |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5504368B1 (en) * | 2013-10-23 | 2014-05-28 | ラサ工業株式会社 | Radioactive iodine adsorbent and method for treating radioactive iodine |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2357988A1 (en) * | 1976-02-26 | 1978-02-03 | Us Energy | IMPREGNATION OF CARBON ADSORBERS WITH IODINE OXACID SALTS FOR THE BINDING OF RADIOACTIVE METHYL IODIDE |
| RU2036698C1 (en) * | 1993-10-21 | 1995-06-09 | Акционерное общество закрытого типа - Научно-производственный комплекс "Матекс" | Absorbing filtering material and method of its production, method of separation of gases from radioactive substances |
| RU2059306C1 (en) * | 1991-05-28 | 1996-04-27 | Свердловский научно-исследовательский институт химического машиностроения | Filter cleaning gaseous products of breakdown at atomic power plant |
-
1999
- 1999-02-01 RU RU99102284A patent/RU2161338C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2357988A1 (en) * | 1976-02-26 | 1978-02-03 | Us Energy | IMPREGNATION OF CARBON ADSORBERS WITH IODINE OXACID SALTS FOR THE BINDING OF RADIOACTIVE METHYL IODIDE |
| RU2059306C1 (en) * | 1991-05-28 | 1996-04-27 | Свердловский научно-исследовательский институт химического машиностроения | Filter cleaning gaseous products of breakdown at atomic power plant |
| RU2036698C1 (en) * | 1993-10-21 | 1995-06-09 | Акционерное общество закрытого типа - Научно-производственный комплекс "Матекс" | Absorbing filtering material and method of its production, method of separation of gases from radioactive substances |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DESIGN OF OFF-GAS AND AIR CLEANING SYSTEMS AT NUCLEAR POWER PLANTS, VIENNA. IAEA, 1987, p.48-49, 54. * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2221613C1 (en) * | 2003-03-05 | 2004-01-20 | Закрытое акционерное общество с иностранными инвестициями "Сорбент-Центр Внедрение" | Absorber for light-weight respirators |
| RU2262758C2 (en) * | 2003-11-24 | 2005-10-20 | Закрытое акционерное общество "Прогресс-Экология" (ЗАО "Прогресс-Экология") | Filter for air cleaning from radioactive iodine |
| RU2296711C2 (en) * | 2005-06-20 | 2007-04-10 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Method of purification of the lithium-containing solutions from the sodium and calcium ions |
| RU2346346C2 (en) * | 2007-02-26 | 2009-02-10 | Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН | Silica gel-based sorbing agent for radioiodine recovery |
| RU2346347C1 (en) * | 2007-05-22 | 2009-02-10 | Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН | Silica gel-based sorbing agent for radioiodine recovery |
| RU2461420C1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-09-20 | Открытое акционерное общество "Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" (ОАО "ЭНПО "Неорганика") | Method of producing impregnated sorbent |
| RU2487745C1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-07-20 | ООО "АэроФильтр ОЦНТ групп" | Sorption-filtration sandwich material and filter with such material |
| RU2568485C1 (en) * | 2014-10-03 | 2015-11-20 | Открытое акционерное общество "Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" (ОАО "ЭНПО Неорганика") | Method of obtaining impregnated elastic sorbent |
| RU180892U1 (en) * | 2018-02-08 | 2018-06-29 | Общество с ограниченной ответственностью "АэроФильтр" | INSTALLATION FILTER MODULAR |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5781279B2 (en) | Radioactive iodine adsorbent and radioactive iodine removal device | |
| RU2161338C2 (en) | Sorption filter medium for cleaning air from radioactive iodine | |
| JP3960982B2 (en) | Air filter unit having a plurality of filter elements | |
| US20050100699A1 (en) | Filter system | |
| JP5237510B1 (en) | Radioactive material adsorbent, method for producing the same, and textile product including the same | |
| Chang et al. | Batch and fixed-bed column studies for selective removal of cesium ions by compressible Prussian blue/polyurethane sponge | |
| JP6023553B2 (en) | Cesium adsorbent and cesium adsorption filter body | |
| KR101001487B1 (en) | Filter of Food Waste Treatment Apparatus | |
| JP6224379B2 (en) | Radioiodine removal device | |
| Ampelogova et al. | Carbon-fiber adsorbent materials for removing radioactive iodine from gases | |
| Obruchikov et al. | The composite sorption material for radioiodine trapping from air stream and the method for its preparation | |
| WO2005032608A1 (en) | Gas adsorbing filter | |
| Obruchikov et al. | Removal of radioactive methyliodide from the gas stream with a composite sorbent based on polyurethane foam | |
| Obruchikov et al. | Study on adsorption removal of radioactive methyl iodide by modified Busofit carbon fibers | |
| RU2262758C2 (en) | Filter for air cleaning from radioactive iodine | |
| JPH0647899U (en) | Reactor emergency gas treatment equipment | |
| JP6581945B2 (en) | Radioactive iodine adsorbent and radioactive iodine removal device | |
| Yu et al. | Study on adsorption characteristics of radioactive gaseous iodine on Ag ion exchange molecular sieve | |
| JP2013061220A (en) | Radioactive cesium adsorptive cloth | |
| He et al. | Influence of humidity on adsorption performance of activated carbon | |
| JP2005009958A (en) | Absorption / adsorption pad for environmentally contaminated water and radionuclide contaminated water | |
| Wilhelm et al. | Inorganic adsorber materials for trapping of fission product iodine | |
| Kritskii et al. | Comparative tests of the efficiency of sorption-filtering materials for removing radioactive iodine from gaseous emissions | |
| Yaqoob et al. | A study on the performance of enhancing environmental protection from molecular iodine using granular impregnated activated carbon | |
| Maeck et al. | Application of Metal Zeolites to Radioiodine Air Cleaning Problems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170202 |