RU2286207C2 - Floating sorption-active polymeric sorbent for purification of the aqueous mediums from cerium radionuclides - Google Patents
Floating sorption-active polymeric sorbent for purification of the aqueous mediums from cerium radionuclides Download PDFInfo
- Publication number
- RU2286207C2 RU2286207C2 RU2004123696/15A RU2004123696A RU2286207C2 RU 2286207 C2 RU2286207 C2 RU 2286207C2 RU 2004123696/15 A RU2004123696/15 A RU 2004123696/15A RU 2004123696 A RU2004123696 A RU 2004123696A RU 2286207 C2 RU2286207 C2 RU 2286207C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sorption
- radionuclides
- sorbent
- purification
- filler
- Prior art date
Links
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000000746 purification Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 title 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 claims description 20
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 claims description 20
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 abstract 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 abstract 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 abstract 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 33
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 24
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 22
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 18
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 239000010408 film Substances 0.000 description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 7
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 7
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 6
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 6
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 239000004705 High-molecular-weight polyethylene Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- TVFDJXOCXUVLDH-RNFDNDRNSA-N cesium-137 Chemical compound [137Cs] TVFDJXOCXUVLDH-RNFDNDRNSA-N 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000010857 liquid radioactive waste Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 229910052680 mordenite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000009629 microbiological culture Methods 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- WSWCOQWTEOXDQX-MQQKCMAXSA-M (E,E)-sorbate Chemical compound C\C=C\C=C\C([O-])=O WSWCOQWTEOXDQX-MQQKCMAXSA-M 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical group C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229920010741 Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) Polymers 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 230000005610 quantum mechanics Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229940075554 sorbate Drugs 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 description 1
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000012224 working solution Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии очистки водных сред от радиоактивных загрязнений сорбцией. Заявляемое техническое решение может быть использовано как для обработки водных сред от радиоактивных загрязнений сорбцией в емкостях хранения жидких радиоактивных отходов (ЖРО), так и в процессе эксплуатации энергетических установок. Сточные воды этих установок, содержащие радионуклиды цезия, характеризуются неопределенным солевым составом. Очистку от радионуклидов можно провести плавающим на поверхности сорбентом, селективным к радионуклидам цезия.The invention relates to a technology for the purification of aqueous media from radioactive contamination by sorption. The claimed technical solution can be used both for the treatment of aqueous media from radioactive contamination by sorption in storage tanks for liquid radioactive waste (LRW), and during the operation of power plants. The wastewater of these plants containing cesium radionuclides is characterized by an indefinite salt composition. Purification from radionuclides can be carried out by a sorbent floating on the surface, selective to cesium radionuclides.
Известен способ [патент РФ №2135278, МПК В 01 J 20/18, G 21 F 9/12, опубл.27.08.99 Способ сорбционного извлечения радионуклида цезия из водных сред. / Гончаров Б.В., Быцан Н.В., Доильницын В.А.] очистки водных сред от радионуклидов цезия с использованием пористого композиционного материала, включающего природный сорбент морденит фракций 5-15 мкм и связующие пенополивинилформаль, взятые в соотношении (15-85)-(85-15) мас.%. Сорбент изготовляют в виде блоков, которые могут быть опущены на дно емкостей хранения ЖРО для предварительной очистки воды от радионуклидов цезия. Недостатком этого материала является наличие в процессе эксплуатации двух конкурирующих процессов: сорбция нефтепродуктов и сорбция радионуклидов, причем сорбция радионуклидов цезия невелика, так как основная цель - сорбция нефтепродуктов. Также из-за двух конкурирующих процессов кинетика сорбции невелика. Следующим недостатком этого сорбента является трудность его последующего извлечения, т.к. он погружается на дно емкости.The known method [RF patent No. 2135278, IPC B 01 J 20/18, G 21 F 9/12, publ. 27.08.99 The method of sorption extraction of cesium radionuclide from aqueous media. / Goncharov B.V., Bytsan N.V., Doilnitsyn V.A.] purification of aqueous media from cesium radionuclides using a porous composite material including a natural sorbent of mordenite fractions of 5-15 μm and binders of foamed polyvinyl formal taken in the ratio (15- 85) - (85-15) wt.%. Sorbent is made in the form of blocks that can be lowered to the bottom of LRW storage tanks for preliminary water purification from cesium radionuclides. The disadvantage of this material is the presence of two competing processes during operation: the sorption of oil products and the sorption of radionuclides, and the sorption of cesium radionuclides is small, since the main goal is the sorption of oil products. Also, due to two competing processes, the kinetics of sorption is small. The next disadvantage of this sorbent is the difficulty of its subsequent extraction, because it sinks to the bottom of the tank.
Известен пористый композиционный сорбент [Патент РФ №2154526, МПК В 01 J 20/18, G 21 F 9/12 от 20,08,1999. Композиционный плавающий сорбент для очистки водных сред от радионуклидов цезия и способ сорбционного извлечения радионуклидов цезия из водных сред./Гончаров Б.В., Доильницын В.А., Ананьева Т.А., Волков Ф.В.] для очистки водных сред от радионуклидов цезия, включающий наполнитель - алюмосиликаты (вермикулит, морденит) фракций 5-250 мкм и связующее - сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) с мол.м. (1-3)·106, взятые в соотношении: наполнитель 10-60%, связующее 40-90%. Эффективность очистки от радионуклидов, в частности радионуклидов цезия, невелика. (Кр=300-25000 за 28 дней) Одним из недостатков является то, что использование морденита, имеющего слоистую структуру, высокоразвитую удельную поверхность, а также сродство к нефтепродуктам, приводит к избирательной сорбции нефтепродуктов и снижению степени извлечения радионуклидов в комбинированных сточных водах.Known porous composite sorbent [RF Patent No. 2154526, IPC B 01 J 20/18, G 21 F 9/12 from 20,08,1999. Composite floating sorbent for the purification of aqueous media from cesium radionuclides and a method for sorption extraction of cesium radionuclides from aqueous media / Goncharov BV, Doilnitsyn VA, Ananyeva TA, Volkov FV] for cleaning aqueous media from of cesium radionuclides, including filler - aluminosilicates (vermiculite, mordenite) of fractions 5-250 microns and a binder - ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) with mol.m. (1-3) · 10 6 taken in the ratio: filler 10-60%, a binder of 40-90%. The efficiency of purification from radionuclides, in particular cesium radionuclides, is low. (K p = 300-25000 in 28 days) One of the drawbacks is that the use of mordenite having a layered structure, a highly developed specific surface, as well as an affinity for oil products, leads to selective sorption of oil products and a decrease in the degree of extraction of radionuclides in combined wastewater.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является плавающий композиционный материал [патент №2231838 МПК G 21 F 9/12, B 01 J 20/22 от 27.06.2004. Плавающий композиционный материал для очистки водных сред от радионуклидов цезия и/или нефтепродуктов. Гончаров Б.В., Доильницын В.А., Янкевич М.И., Квитко К.В., Суржко Л.Ф., Хадеева В.В., Уткин А.В.] - сорбенты на основе волокнисто-пористого высокомолекулярного полиэтилена, содержащий мелкодисперсный (но не нанодиспепрсный) порошок ферроцианида никеля в количестве 3 мас.% и микробиологическую культуру Kibdelosporandium aridum в количестве до 107 клеток на грамм полимера (ВПП-ФЦ-3-Ка), и сорбент на основе волокнисто-пористого высокомолекулярного полиэтилена, содержащий мелкодисперсный порошок ферроцианида никеля в количестве 3 мас.% (ВПП-ФЦ-3). Недостатком данных сорбентов является недостаточно высокая степень извлечения радионуклидов цезия, так как сорбент имеет блочную форму, некоторая часть наполнителя может быть недоступна, в то время как заявляемый сорбент имеет пленочную форму (толщина h=0,046-1,22 мм), что открывает доступ ко всему наполнителю.The closest analogue to the claimed technical solution is a floating composite material [patent No. 2231838 IPC G 21 F 9/12, B 01 J 20/22 from 06/27/2004. Floating composite material for the purification of aqueous media from cesium radionuclides and / or petroleum products. Goncharov BV, Doilnitsyn VA, Yankevich MI, Kvitko KV, Surzhko LF, Hadeeva VV, Utkin AV] - sorbents based on fiber-porous high molecular weight polyethylene containing fine (but not nanodisperse) powder of nickel ferrocyanide in an amount of 3 wt.% and microbiological culture of Kibdelosporandium aridum in an amount of up to 10 7 cells per gram of polymer (WFP-FTs-3-Ka), and a sorbent based on fiber-porous high molecular weight polyethylene containing finely divided powder of nickel ferrocyanide in an amount of 3 wt.% (WFP-FTs-3). The disadvantage of these sorbents is the insufficiently high degree of extraction of cesium radionuclides, since the sorbent has a block shape, some of the filler may not be available, while the inventive sorbent has a film shape (thickness h = 0.046-1.22 mm), which allows access to to the entire filler.
Техническим результатом заявленного решения является: повышение степени извлечения радионуклидов цезия из радиоактивно загрязненных водных сред. Поставленная задача достигается тем, что в плавающем сорбционно-активном полимерном сорбенте для очистки загрязненных водных сред, включающих радионуклиды, содержащем в качестве связующего сверхвысокомолекулярный полиэтилен, в качестве наполнителя используется ферроцианид никеля фракций 1-100 нм при содержании компонентов, мас.%: наполнитель - ферроцианид никеля 5-90, связующее - сверхвысокомолекулярный полиэтилен 10-95 с мол.м.(1-4)·106 10-95 с концентрацией полимера в исходном растворе 1-7%.The technical result of the claimed solution is: increasing the degree of extraction of cesium radionuclides from radioactively contaminated aqueous media. This object is achieved in that in a floating sorption-active polymer sorbent for the purification of contaminated aqueous media, including radionuclides, containing ultrahigh molecular weight polyethylene as a binder, nickel ferrocyanide of fractions 1-100 nm is used as a filler with the content of components, wt.%: Filler - nickel ferrocyanide 5-90, a binder - ultra-high molecular weight polyethylene 10-95 with mol.m. (1-4) · 10 6 10-95 with a polymer concentration of 1-7% in the initial solution.
Известно, что ферроцианиды проявляют селективность к радионуклидам цезия [Кролько А.П. Химия ферроцианидов. - М.: Наука, 1971], поэтому целесообразно использовать их в качестве сорбентов для извлечения радионуклидов цезия, однако ферроцианиды - сыпучие вещества, и поэтому их использование для сорбции радионуклидов цезия (в качестве намывных фильтров и т.д.) затруднено (появляются дополнительные радиационно опасные технологические операции). Существенными отличиями предлагаемого сорбента от наиболее близкого аналога является совместное использование ферроцианида никеля со связующим - сверхвысокомолекулярным полиэтиленом - следующее: сорбент обладает лучшей кинетикой сорбции; при получении сорбента исчезает одна технологическая операция (наполнитель, растворитель и полимер загружаются вместе).It is known that ferrocyanides exhibit selectivity for cesium radionuclides [Krolko A.P. Chemistry of ferrocyanides. - M .: Nauka, 1971], therefore it is advisable to use them as sorbents for the extraction of cesium radionuclides, however, ferrocyanides are bulk solids, and therefore their use for sorption of cesium radionuclides (as precoop filters, etc.) is difficult (additional radiation hazardous technological operations). Significant differences of the proposed sorbent from the closest analogue is the joint use of nickel ferrocyanide with a binder - ultra-high molecular weight polyethylene - the following: the sorbent has the best sorption kinetics; upon receipt of the sorbent, one technological operation disappears (filler, solvent and polymer are loaded together).
Существенность отличий заключается в том, что размеры частиц ферроцианида никеля находятся в наноразмерном диапазоне. Этот диапазон характеризуется уникальными свойствами веществ и, в частности, существенно большей химической активностью веществ [ Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Под ред. Роко М.К., Уильямса Р.С., Аливисатоса П. - М.: Мир, 2002, - с.3 ]. Повышенная химическая активность проявляется в значительно лучшей кинетике сорбции (табл.1) радионуклидов и в достижении большей полноты сорбции по сравнению с аналогичным по степени наполнения матрицы сорбентом, имеющим не нано-, а макроразмеры частиц сорбента, т.е. размеры, лежащие в диапазоне не 1-100 нм, а в диапазоне 10-30 мкм. Причем отмеченные сорбционные эффекты обусловлены не только простым увеличением суммарной поверхности частиц сорбента при переходе к частицам меньших размеров, но и более тонкими процессами, связанными с достижением частицами сорбента наноразмерного диапазона. Использование наноразмерных частиц сорбента позволяет помимо чисто сорбционных задач решить и такую задачу, как создание очень тонких, обладающих высокой сорбционной эффективностью плавающих пленочных сорбентов. Создание композиционных сорбционных материалов обеспечивает надежную фиксацию частиц сорбентов в полимерной матрице, толщина полимерной пленки в создаваемом пленочном композиционном материале должна превышать размеры включаемых частиц минимум в несколько раз, а с некоторым запасом - на порядок. Поэтому для композиционных материалов на основе наноразмерных частиц возможно достижение толщин пленочного композита на уровне, например, 10-30 мкм, что для материалов с частицами микрометрового диапазона дисперсности труднодостижимо, а в ряде случаев и невозможно. Матрица СВМПЭ отличается от других полимерных матриц возможностью получения мезо- и макро- пористых структур с высокой удельной поверхностью. В ходе эксперимента, используя адсорбционные методы (Фурье-ИК-спектроскопии, Мак-Бена), была определена удельная поверхность СВМПЭ (S0 уд=34,6 м2 г-1). Пористая структура КМ формируется как в процессе введения наполнителя, так и в процессе отверждения матрицы. Количество вводимого наполнителя ограничивается насыпной плотностью наполнителя, которая определяется размером частиц и их полидисперсностью. Используемые наночастицы ферроцианида никеля являются полидисперсными, кроме того, они имеют сферическую форму. Если использовать сферические частицы ферроцианида никеля с размером 10-30 мкм, то в этом случае насыпная плотность частиц минимальна и высокие степени наполнения (как в примере 3) приводят к появлению частиц на поверхности материала, которые при эксплуатации не удерживаются и переходят в очищаемый раствор. Кроме того, при создании относительно толстых пленок, обладающих толщиной 10-30 мкм и значительной степенью наполнения (50% и более от массы композиционного сорбента), при интенсивном перемешивании контактирующего с сорбентом раствора наблюдается выкрашивание частиц сорбента из композиционного пленочного сорбционного материала (таблица 2).The significance of the differences lies in the fact that the particle sizes of nickel ferrocyanide are in the nanoscale range. This range is characterized by the unique properties of substances and, in particular, significantly higher chemical activity of substances [Nanotechnology in the coming decade. Ed. Roko M.K., Williams R.S., Alivisatos P. - M .: Mir, 2002, - p. 3]. The increased chemical activity is manifested in a significantly better sorption kinetics (Table 1) of radionuclides and in achieving greater sorption completeness compared to a sorbent having a similar size of the matrix, having not nano- but macro-sizes of sorbent particles, i.e. sizes lying in the range of not 1-100 nm, but in the range of 10-30 microns. Moreover, the noted sorption effects are due not only to a simple increase in the total surface of the sorbent particles upon transition to smaller particles, but also to more subtle processes associated with the achievement of the nanoscale particle size by the sorbent particles. The use of nanosized particles of the sorbent makes it possible, in addition to purely sorption problems, to solve such a problem as the creation of very thin, floating sorbents with high sorption efficiency. The creation of composite sorption materials ensures reliable fixation of sorbent particles in the polymer matrix, the thickness of the polymer film in the created film composite material must exceed the sizes of the included particles by at least several times, and with a certain margin, by an order of magnitude. Therefore, for composite materials based on nanosized particles, it is possible to achieve thicknesses of the film composite at, for example, 10-30 μm, which is difficult to achieve for materials with particles in the micrometer range and, in some cases, impossible. The UHMWPE matrix differs from other polymer matrices in the possibility of producing meso- and macro-porous structures with a high specific surface. During the experiment, using adsorption methods (Fourier-IR spectroscopy, McBen), the specific surface of UHMWPE was determined (S 0 beats = 34.6 m 2 g -1 ). The porous structure of the CM is formed both during the introduction of the filler and in the process of curing the matrix. The amount of filler introduced is limited by the bulk density of the filler, which is determined by the size of the particles and their polydispersity. The used nickel ferrocyanide nanoparticles are polydisperse, in addition, they have a spherical shape. If you use spherical particles of nickel ferrocyanide with a size of 10-30 μm, then in this case the bulk density of the particles is minimal and high degrees of filling (as in example 3) lead to the appearance of particles on the surface of the material, which during operation are not retained and pass into the solution to be cleaned. In addition, when creating relatively thick films with a thickness of 10-30 μm and a significant degree of filling (50% or more by weight of the composite sorbent), with intensive stirring of the solution in contact with the sorbent, sintering of particles of the sorbent from the composite film sorption material is observed (table 2) .
Кроме того, частицы ферроцианида никеля с размером 10-30 мкм при кристаллизации СВМПЭ в силу своего размера оказывают ориентирующее действие на пленку, уменьшая пористость (S1 уд=15.1 м2 г-1) и снижая эффективность сорбции материала, так как для покрытия большой частицы требуется большее количество связующего и оно переходит в разряд тонких пленок, что по статистической теории уменьшает дефектность пленки, то есть делает ее монолитной, непористой. Наночастицы ферроцианида никеля в силу своей развитой поверхности, когда начинают действовать законы квантовой механики, образуют агломераты, разрыхляющие структуру материала. Это провоцирует образование закрытых пор способствующих плавучести и открытых каналов, обеспечивающих доступ сорбата к активному наполнителю. Удельная поверхность материала увеличивается (S2 уд=47,2 м2 г-1), обеспечивая эффективность сорбции (таблица 1).In addition, particles of nickel ferrocyanide with a size of 10-30 μm during UHMWPE crystallization, by virtue of their size, have an orienting effect on the film, decreasing porosity (S 1 beats = 15.1 m 2 g -1 ) and reducing the sorption efficiency of the material, since particles require a larger amount of binder and it goes into the discharge of thin films, which according to statistical theory reduces the defectiveness of the film, that is, makes it monolithic, non-porous. Due to its developed surface, nanoparticles of nickel ferrocyanide, when the laws of quantum mechanics begin to act, form agglomerates that loosen the structure of the material. This provokes the formation of closed pores that promote buoyancy and open channels that provide access of the sorbate to the active filler. The specific surface of the material increases (S 2 beats = 47.2 m 2 g -1 ), ensuring the efficiency of sorption (table 1).
Применение нанодисперсных частиц, обладающих высокой эффективностью сорбции, позволяет достигать требуемой полноты очистки воды от радионуклидов даже в случае не очень высокой полноты включения сорбента в матрицу. В этом случае в полимерной матрице остается достаточно большой свободный объем для создания в нем закрытых пор, определяющих плавучесть пленочного сорбционного материала. При достижении степени включения около 30-50% и соотношении объемов закрытых и открытых пор в сорбенте 1:1 (открытые поры необходимы для транспорта радионуклидов из раствора к центрам сорбции в полимерном материале) достигается плавучесть сорбентов в течение очень большого времени - не менее 1,5-2 лет, что можно считать для данного класса сорбентов чрезвычайно высоким результатом.The use of nanodispersed particles with high sorption efficiency allows one to achieve the required completeness of water purification from radionuclides even in the case of not very high completeness of sorbent incorporation into the matrix. In this case, a sufficiently large free volume remains in the polymer matrix to create closed pores in it, which determine the buoyancy of the film sorption material. When the degree of inclusion is about 30-50% and the ratio of the volumes of closed and open pores in the sorbent is 1: 1 (open pores are necessary for the transport of radionuclides from the solution to the sorption centers in the polymer material), the sorbents are buoyant for a very long time - at least 1, 5-2 years, which can be considered an extremely high result for this class of sorbents.
В ходе эксперимента установлено, что пленки, содержащие 90% ферроцианидов никеля, являются высокопрочными, содержат открытые и закрытые поры мезо- и макроразмера, способны длительно работать, покрывая очищаемые поверхности, тем самым экранируя загрязненные водоемы от окружающей среды и эффективно извлекая радионуклиды.During the experiment, it was found that films containing 90% nickel ferrocyanides are high strength, contain open and closed pores of meso- and macro-sizes, are able to work for a long time, covering the surfaces to be cleaned, thereby screening contaminated water bodies from the environment and effectively removing radionuclides.
Таким образом, заявляемая совокупность признаков обеспечивает как свои свойства, так и обеспечивает и эффективность сорбции, и длительность эксплуатации, исключая выкрашиваемость ферроцианида никеля за счет высокой адгезии наполнителя находящегося на поверхности (пример 3) и пористости матрицы на основе СВМПЭ.Thus, the claimed combination of features provides both its properties and ensures both sorption efficiency and duration of operation, excluding the chipping of nickel ferrocyanide due to the high adhesion of the filler located on the surface (example 3) and the porosity of the matrix based on UHMWPE.
Толщина пленки 50-60 мкм.Film thickness 50-60 microns.
+ слабое выкрашивание (выкрашиваются единичные частицы);
++ сильное выкрашивание (выкрашивается значительное число частиц сорбента).- lack of spalling;
+ weak chipping (single particles are chipping);
++ strong chipping (a significant number of sorbent particles are chipping).
Пример 1Example 1
Получение сорбционно-активного материала для очистки воды радионуклидов осуществляется следующим образом. В обогреваемом аппарате с трехлопастной мешалкой [Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справочное пособие. Л.: Химия, 1972. - 464 с.] готовится раствор СВМПЭ концентрацией 2 мас.%. В качестве растворителя используют парафин (ТУ 6-09-3637-87). При 140°С и непрерывном перемешивании (150 об/мин) в аппарат загружаются растворитель; 50 мас.% СВМПЭ (ТУ 6-05-1896-80) с мол.м. (1-4)·106 и наполнитель - ферроцианид никеля - в количестве 50 мас.% и происходит процесс суспендирования в течение 1 мин. Растворение осуществляется при увеличении температуры до 150°С за время 9 мин при постоянном перемешивании. Полученная композиция помещается в форму и охлаждается при комнатной температуре. Охлажденный композит для удаления из него парафина экстрагируется углеводородом С6-С10 при температуре кипения углеводорода. Затем проводится сушка материала при 70°С в течение 30 мин. Готовый сорбционно-активный материал представляет собой композит при содержании наполнителя (ферроцианид никеля) 50 мас.%, и содержании связующего (СВМПЭ) 50 мас.%.Obtaining sorption-active material for water purification of radionuclides is as follows. In a heated apparatus with a three-blade mixer [Vasiltsov EA, Ushakov V.G. Apparatus for mixing liquid media: a reference guide. L .: Chemistry, 1972. - 464 p.] Preparing a UHMWPE solution with a concentration of 2 wt.%. As a solvent, paraffin is used (TU 6-09-3637-87). At 140 ° C and continuous stirring (150 rpm), the solvent is loaded into the apparatus; 50 wt.% UHMWPE (TU 6-05-1896-80) with a mol.m. (1-4) · 10 6 and the filler is nickel ferrocyanide in an amount of 50 wt.% And the suspension process takes place for 1 min. Dissolution is carried out with increasing temperature to 150 ° C for 9 minutes with constant stirring. The resulting composition is placed in a mold and cooled at room temperature. The cooled composite to remove paraffin from it is extracted with C 6 -C 10 hydrocarbon at the boiling point of the hydrocarbon. Then the material is dried at 70 ° C for 30 minutes. The finished sorption-active material is a composite with a filler content (nickel ferrocyanide) of 50 wt.%, And a binder content (UHMWPE) of 50 wt.%.
Пример 2Example 2
Получение сорбционно-активного материала для очистки воды радионуклидов осуществляется следующим образом. В обогреваемом аппарате с трехлопастной мешалкой [Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справочное пособие. Л.: Химия, 1972. - 464 с.] готовится раствор СВМПЭ концентрацией 2 мас.%. В качестве растворителя используют парафин (ТУ 6-09-3637-87). При 140°С и непрерывном перемешивании (150 об/мин) в аппарат загружаются растворитель; 95 мас.% СВМПЭ (ТУ 6-05-1896-80) с мол.м. (1-4)·106 и наполнитель - ферроцианид никеля - в количестве 5 мас.% и происходит процесс суспендирования в течение 1 мин. Растворение осуществляется при увеличении температуры до 150°С за время 9 мин при постоянном перемешивании. Полученная композиция помещается в форму и охлаждается при комнатной температуре. Охлажденный композит для удаления из него парафина экстрагируется углеводородом С6-С10 при температуре кипения углеводорода. Затем проводится сушка материала при 70°С в течение 30 мин. Готовый сорбционно-активный материал представляет собой композит при содержании наполнителя (ферроцианид никеля) 5% масс, и содержании связующего (СВМПЭ) 95 мас.%.Obtaining sorption-active material for water purification of radionuclides is as follows. In a heated apparatus with a three-blade mixer [Vasiltsov EA, Ushakov V.G. Apparatus for mixing liquid media: a reference guide. L .: Chemistry, 1972. - 464 p.] Preparing a UHMWPE solution with a concentration of 2 wt.%. As a solvent, paraffin is used (TU 6-09-3637-87). At 140 ° C and continuous stirring (150 rpm), the solvent is loaded into the apparatus; 95 wt.% UHMWPE (TU 6-05-1896-80) with a mol.m. (1-4) · 10 6 and the filler is nickel ferrocyanide in the amount of 5 wt.% And the suspension process takes place for 1 min. Dissolution is carried out with increasing temperature to 150 ° C for 9 minutes with constant stirring. The resulting composition is placed in a mold and cooled at room temperature. The cooled composite to remove paraffin from it is extracted with C 6 -C 10 hydrocarbon at the boiling point of the hydrocarbon. Then the material is dried at 70 ° C for 30 minutes. The finished sorption-active material is a composite with a filler content (nickel ferrocyanide) of 5 wt% and a binder content (UHMWPE) of 95 wt%.
Пример 3Example 3
Получение сорбционно-активного материала для очистки воды радионуклидов осуществляется следующим образом. В обогреваемом аппарате с трехлопастной мешалкой [Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справочное пособие. Л.: Химия, 1972. - 464 с.] готовится раствор СВМПЭ концентрацией 2 мас.%. В качестве растворителя используют парафин (ТУ 6-09-3637-87). При 140°С и непрерывном перемешивании (150 об/мин) в аппарат загружаются растворитель; 10 мас.% СВМПЭ (ТУ 6-05-1896-80) с мол.м. (1-4) 10 и наполнитель - ферроцианид никеля - в количестве 90 мас.% и, происходит процесс суспендирования в течение 1 мин. Растворение осуществляется при увеличении температуры до 150°С за время 9 мин при постоянном перемешивании. Полученная композиция помещается в форму и охлаждается при комнатной температуре. Охлажденный композит для удаления из него парафина экстрагируется углеводородом С6-С10 при температуре кипения углеводорода. Затем проводится сушка материала при 70°С в течение 30 мин. Готовый сорбционно-активный материал представляет собой композит при содержании наполнителя (ферроцианид никеля) 90 мас.%, и содержании связующего (СВМПЭ) 10 мас.%.Obtaining sorption-active material for water purification of radionuclides is as follows. In a heated apparatus with a three-blade mixer [Vasiltsov EA, Ushakov V.G. Apparatus for mixing liquid media: a reference guide. L .: Chemistry, 1972. - 464 p.] Preparing a UHMWPE solution with a concentration of 2 wt.%. As a solvent, paraffin is used (TU 6-09-3637-87). At 140 ° C and continuous stirring (150 rpm), the solvent is loaded into the apparatus; 10 wt.% UHMWPE (TU 6-05-1896-80) with a mol.m. (1-4) 10 and filler - nickel ferrocyanide - in the amount of 90 wt.% And, the suspension process takes place for 1 min. Dissolution is carried out with increasing temperature to 150 ° C for 9 minutes with constant stirring. The resulting composition is placed in a mold and cooled at room temperature. The cooled composite to remove paraffin from it is extracted with C 6 -C 10 hydrocarbon at the boiling point of the hydrocarbon. Then the material is dried at 70 ° C for 30 minutes. The finished sorption-active material is a composite with a filler content (nickel ferrocyanide) of 90 wt.%, And a binder content (UHMWPE) of 10 wt.%.
Пример 4.Example 4
Определение эффективности очистки воды от радионуклидов 137Cs проводили с использованием рабочего раствора хлорида натрия с концентрацией NaCl 1 моль/л, содержащего радионуклиды цезия в количестве (5-7) 105 Бк/л.The effectiveness of water purification from 137 Cs radionuclides was determined using a working solution of sodium chloride with a NaCl concentration of 1 mol / L containing cesium radionuclides in an amount of (5-7) 10 5 Bq / L.
В герметично закрывающиеся стеклянные бюксы вносили по 50 мл указанного раствора и по 50 мг сорбентов. В качестве сорбентов использовали сверхвысокомолекулярный полиэтилен, содержащий нанодисперсный порошок ферроцианида (ФЦН) никеля в количестве 5,0 мас.% (СВМПЭ-5%ФЦН), 10 мас.%, (СВМПЭ-10%ФЦН), 30 мас.% (СВМПЭ-30%ФЦН), 50 мас.% (СВМПЭ-50%ФЦН), 90 мас.% (СВМПЭ-90%ФЦН).50 ml of the indicated solution and 50 mg of sorbents were added to hermetically sealed glass jars. As sorbents we used ultra-high molecular weight polyethylene containing nanodispersed powder of nickel ferrocyanide (FCN) in an amount of 5.0 wt.% (UHMWPE-5% FCN), 10 wt.%, (UHMWPE-10% FCN), 30 wt.% (UHMWPE -30% FTsN), 50 wt.% (UHMWPE-50% FTsN), 90 wt.% (UHMWPE-90% FTsN).
В качестве сорбентов сравнения использовали ближайшие аналоги - сорбент на основе волокнисто-пористого высокомолекулярного полиэтилена, содержащий мелкодисперсный (но не нанодисперсный) порошок ферроцианида никеля в количестве 3 мас.% (ВПП-ФЦ-3), а также сорбент на основе волокнисто-пористого высокомолекулярного полиэтилена, содержащий мелкодисперсный порошок ферроцианида никеля в количестве 3 мас.% и микробиологическую культуру Kibdelosporandium aridum в количестве до 107 клеток на грамм полимера (ВПП-ФЦ-3-Ка). Кроме того, в качестве сорбента сравнения использовали широко применяемый в практике водоочистки катионит КУ-2-8 в натриевой форме.The closest analogues were used as comparison sorbents: a sorbent based on fibrous-porous high molecular weight polyethylene containing finely dispersed (but not nanodispersed) nickel ferrocyanide powder in an amount of 3 wt.% (WFP-FC-3), as well as a sorbent based on fibrous-porous high molecular weight polyethylene containing finely divided powder of nickel ferrocyanide in an amount of 3 wt.% and microbiological culture of Kibdelosporandium aridum in an amount of up to 10 7 cells per gram of polymer (WFP-FTs-3-Ka). In addition, KU-2-8 cation exchanger in sodium form, which is widely used in water treatment practice, was used as a comparison sorbent.
Содержимое бюксов перемешивали 1 раз в сутки. По истечение 1, 7, 14, 28 и 59 суток отбирали пробы раствора для радиометрического определения активности раствора - содержания радионуклидов цезия в растворе.The contents of the boxes were mixed 1 time per day. After 1, 7, 14, 28, and 59 days, samples of the solution were taken for radiometric determination of the activity of the solution — the content of cesium radionuclides in the solution.
Измерение активности проводили с применением гамма-спектрометрической установки с Ge(Li) детектором объемом 100 см3 путем измерения интенсивности гамма - линии 661кэВ, характерной для распада 137Cs. По найденным значениям активности исходного(Iисх) и равновесного(Iравн) растворов рассчитывали коэффициент распределения радионуклидов (Кр, мл/г) по формулеThe activity was measured using a gamma spectrometer with a Ge (Li) detector with a volume of 100 cm 3 by measuring the intensity of the gamma line 661 keV, which is typical for the decay of 137 Cs. Based on the found activity values of the initial (I ref ) and equilibrium (I equal ) solutions, the distribution coefficient of radionuclides (Cr, ml / g) was calculated by the formula
, ,
где Iисх - удельная объемная активность по цезию-137 исходного раствора (Бк·л-1); Iравн - удельная объемная активность по цезию-137 равновесного раствора (Бк·л-1); V - объем раствора (мл); m - масса сорбента, контактирующего с раствором (г).where I ref is the specific volumetric activity for cesium-137 of the initial solution (Bq · l -1 ); I equal - specific volumetric activity of cesium-137 equilibrium solution (Bq · l -1 ); V is the volume of the solution (ml); m is the mass of the sorbent in contact with the solution (g).
Результаты экспериментов по сорбции радионуклидов цезия представлены в таблице 3.The results of experiments on the sorption of cesium radionuclides are presented in table 3.
Приведенные экспериментальные данные свидетельствуют о высокой эффективности сорбции радионуклидов цезия разработанными сорбентами. Следует также отметить, что с увеличением массовой доли нанодисперсного ферроцианида никеля в композиционном сорбенте эффективность сорбции возрастает.The experimental data presented indicate a high efficiency of sorption of cesium radionuclides by developed sorbents. It should also be noted that with an increase in the mass fraction of nanodispersed nickel ferrocyanide in the composite sorbent, the sorption efficiency increases.
Пример 5.Example 5
По описанной в Примере 4 методике определяли эффективность сорбции радионуклидов цезия разработанными сорбентами и сорбентами сравнения из водного раствора хлорида натрия с концентрацией NaCl, равной 200 г/л.By the method described in Example 4, the sorption efficiency of cesium radionuclides by the developed sorbents and comparison sorbents from an aqueous solution of sodium chloride with a NaCl concentration of 200 g / L was determined.
Результаты приводятся в таблице 4The results are shown in table 4
В соответствии с приведенными данными можно утверждать, что разработанные сорбенты сохраняют высокую эффективность при сорбции радионуклидов цезия даже из высокосолевых сред и значительно превосходят по этому показателю другие сорбенты, в том числе, ближайшие аналоги.In accordance with the data presented, it can be argued that the developed sorbents retain high efficiency in the sorption of cesium radionuclides even from high-salt media and significantly exceed other sorbents in this indicator, including the closest analogues.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004123696/15A RU2286207C2 (en) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | Floating sorption-active polymeric sorbent for purification of the aqueous mediums from cerium radionuclides |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004123696/15A RU2286207C2 (en) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | Floating sorption-active polymeric sorbent for purification of the aqueous mediums from cerium radionuclides |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004123696A RU2004123696A (en) | 2006-01-27 |
| RU2286207C2 true RU2286207C2 (en) | 2006-10-27 |
Family
ID=36047358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004123696/15A RU2286207C2 (en) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | Floating sorption-active polymeric sorbent for purification of the aqueous mediums from cerium radionuclides |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2286207C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2154526C1 (en) * | 1999-03-25 | 2000-08-20 | Санкт-Петербургский государственный университет | Floating composite sorbent for cleaning of aqueous media from cesium radionuclides and method for sorption isolation of cesium radionuclides from aqueous media |
| RU2172991C1 (en) * | 2000-04-27 | 2001-08-27 | Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна | Composite material for cleaning polluted water media containing radionuclides |
| US6558552B1 (en) * | 1997-07-09 | 2003-05-06 | Commissariat A L'energie Atomique | Composite material based on hexacyanoferrates and polymer, method for making it and use |
| RU2226126C1 (en) * | 2002-12-30 | 2004-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Перспективные магнитные технологии и консультации" | Porous magnetic sorbent |
| RU2231838C1 (en) * | 2002-10-25 | 2004-06-27 | Санкт-Петербургский государственный университет | Floating composite for treating aqueous media to remove cesium radionuclides and/or petroleum derivatives |
-
2004
- 2004-08-02 RU RU2004123696/15A patent/RU2286207C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6558552B1 (en) * | 1997-07-09 | 2003-05-06 | Commissariat A L'energie Atomique | Composite material based on hexacyanoferrates and polymer, method for making it and use |
| RU2154526C1 (en) * | 1999-03-25 | 2000-08-20 | Санкт-Петербургский государственный университет | Floating composite sorbent for cleaning of aqueous media from cesium radionuclides and method for sorption isolation of cesium radionuclides from aqueous media |
| RU2172991C1 (en) * | 2000-04-27 | 2001-08-27 | Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна | Composite material for cleaning polluted water media containing radionuclides |
| RU2231838C1 (en) * | 2002-10-25 | 2004-06-27 | Санкт-Петербургский государственный университет | Floating composite for treating aqueous media to remove cesium radionuclides and/or petroleum derivatives |
| RU2226126C1 (en) * | 2002-12-30 | 2004-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Перспективные магнитные технологии и консультации" | Porous magnetic sorbent |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004123696A (en) | 2006-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Delchet et al. | Extraction of radioactive cesium using innovative functionalized porous materials | |
| Mimura et al. | Selective uptake of cesium by ammonium molybdophosphate (AMP)-calcium alginate composites | |
| Srimurali et al. | A study on removal of fluorides from drinking water by adsorption onto low-cost materials | |
| Said et al. | LTA zeolite monoliths with hierarchical trimodal porosity as highly efficient microreactors for strontium capture in continuous flow | |
| Tournassat et al. | Natural and engineered clay barriers | |
| Kavand et al. | Film-pore-[concentration-dependent] surface diffusion model for heavy metal ions adsorption: single and multi-component systems | |
| He et al. | A novel homogenous in-situ generated ferrihydrite nanoparticles/polyethersulfone composite membrane for removal of lead from water: Development, characterization, performance and mechanism | |
| US9409147B2 (en) | Method for granulation of absorbent and adsorbent granules prepared by the same | |
| CN102804284A (en) | Solid hexa- and octacyanometallate nanocomposite material, method for preparing same, and method for fixing inorganic pollutants implementing same | |
| Causse et al. | Facile one-pot synthesis of copper hexacyanoferrate nanoparticle functionalised silica monoliths for the selective entrapment of 137 Cs | |
| Dwivedi et al. | Preparation and characterization of potassium nickel hexacyanoferrate-loaded hydrogel beads for the removal of cesium ions | |
| ES2285601T3 (en) | FOAMS FOR THE ELIMINATION OF SUBSTANCES AND / OR HEAVY METALS OF FLUID MEDIA. | |
| Yoon et al. | A highly efficient decontamination foam stabilized by well-dispersed mesoporous silica nanoparticles | |
| JP7146738B2 (en) | Solid state nanocomposites based on alkali metal hexacyanometallates or octacyanometallates, methods for their preparation, and methods for extracting metal cations | |
| Shmidt et al. | Kinetics of adsorption with granular, powdered, and fibrous activated carbon | |
| Gomis-Yagües et al. | Column displacement experiments to validate hydrogeochemical models of seawater intrusions | |
| Muslim et al. | A hybrid adsorption/ultrafiltration membrane process for removal of Cs-137 from radioactive wastewater using natural clay adsorbent | |
| RU2286207C2 (en) | Floating sorption-active polymeric sorbent for purification of the aqueous mediums from cerium radionuclides | |
| Moamen et al. | Evaluation of the function of polymeric bentonite adsorbent to retain strontium and cobalt radionuclides in OPC matrices | |
| Muurinen | Studies on the chemical conditions and microstructure in the reference bentonites of alternative buffer materials project (ABM) in Äspö | |
| MX2012005583A (en) | Fluid filtration medium. | |
| RU2154526C1 (en) | Floating composite sorbent for cleaning of aqueous media from cesium radionuclides and method for sorption isolation of cesium radionuclides from aqueous media | |
| KR100237312B1 (en) | Alginate gel water treatment agent containing activated carbon and its manufacturing method | |
| Brindley et al. | Adsorption and retention of an organic material by montmorillonite in the presence of water | |
| RU2172991C1 (en) | Composite material for cleaning polluted water media containing radionuclides |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090803 |