Адсорбент для видалення цезію з води

Реферат: Адсорбент для очищення води, забрудненої радіоактивними ізотопами цезію, в якому як активний інгредієнт застосовано пористий силікагель, який містить хімічно зв'язану молібдофосфорну або вольфрамофосфорну кислоту, а як зв'язуючого - оксид алюмінію. UA 122396 U (12) UA 122396 U UA 122396 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до хімічної технології, конкретно до адсорбентів для очищення води забрудненої радіоактивними ізотопами цезію і може бути застосована при ліквідації наслідків інцидентів, які призвели до забруднення навколишнього середовища радіоактивними речовинами. Ізотопи цезій-134 та цезій-137 мають період напіврозпаду 2.07 та 30.17 років, відповідно, і є винятково небезпечними для живих організмів та навколишнього середовища. Видалення розчиненого цезію є особливо складним завданням оскільки цезій належить до групи лужних металів, яка відрізняється високою розчинністю майже всіх їх сполук у воді. Відомі способи адсорбційного видалення радіоактивного цезію з розчинів за допомогою фізичної та хімічної адсорбції. До адсорбентів, дія яких базується на фізичній адсорбції, належать активоване вугілля [1] та полімерний матеріал [2]. Однак недоліками таких адсорбентів є зворотність процесу адсорбції та недостатня селективність у присутності інших іонів, які знаходяться у воді. Крім того, полімери здатні деградувати у водному середовищі, що робить адсорбенти нестійкими і недовговічними. Методи хімічної адсорбції базуються на обміні поверхневих іонів адсорбентів на іони цезію. Спосіб вилучення радіоактивного цезію з водного середовища [3] базується на використанні цеоліту типу А як адсорбенту. Інший спосіб базується на обробці забрудненої води гідрофосфатом кальцію [4]. Недоліками застосованих адсорбентів є зворотність процесу адсорбції та недостатня селективність. Також відомий адсорбент для очищення забруднених вод від радіоактивного цезію, що базується на гексаціаноферратних комплексах перехідних металів, нанесених на полімерну основу [5]. Такий адсорбент є достатньо селективним, але має суттєвий недолік: здатність розкладатися з виділенням токсичних речовин. Його другим недоліком є нестійкість полімерної основи в умовах радіоактивного опромінення. Найближчим аналогом пропонованого способу є мезопористий силікагель, імпрегнований розчином молібдофосфорної (Н3РМo12О40) або вольфрамофосфорної кислоти (H3PW 12O40) [6]. Незважаючи на високу адсорбційну здатність такого матеріалу, він має недолік: кислота не утворює хімічних зв'язків з поверхнею силікагелю і, як наслідок, розчиняється у воді, що з часом знижує адсорбційну ємність за цезієм. Технічною задачею, поставленою в основу корисної моделі, є удосконалення адсорбенту для ефективного видалення радіоактивного цезію з води. Такий матеріал має забезпечувати високу адсорбційну ємність, селективність у присутності іонів калію та натрію, та стабільність у водному середовищі в умовах опромінення. Суть корисної моделі полягає в тому, що для очищення води використовується адсорбент на основі пористого силікагелю, який містить Н3РМo12О40 або H3PW 12O40, вбудовану у структуру силікагелю, і хімічно зв'язану з силікагелем. Хімічний зв'язок між молекулами кислоти та силікагелем забезпечується спільною конденсацією тетраетилортосилікату та відповідної кислоти під час синтезу силікагелю, а пориста структура - застосуванням Pluronic P123 як поверхнево-активної речовини. Для покращення механічних властивостей адсорбенту, його гранулюють з оксидом алюмінію, який підвищує механічну міцність гранул. Для досягнення необхідного технічного результату при адсорбції ізотопів цезію, адсорбент має наступній склад компонентів (мас. %): Силікагель: 35-85 Молібдофосфорна або вольфрамофосфорна 5-15 кислота: Оксид алюмінію: 10-50. Очищення води відбувається під час пропускання забрудненої води через колону, яка містить нерухомий шар адсорбенту, або при змішуванні води з адсорбентом у стаціонарному реакторі. В основу процесу покладено реакцію іонного обміну при контакті радіоактивного цезію з поверхнею адсорбенту. Іони цезію взаємодіють з іммобілізованими молекулами Н 3РМo12О40 або H3PW 12O40, заміщаючи водень: + + nCs + Н3РХ12040=CsnH3-nPX12O40+nH , де Х=Мо або W, n3. 3Катіони цезію здатні утворювати винятково міцні хімічні зв'язки з аніонами РМo 12О40 та 3PW 12O40 , що забезпечує стабільність його поверхневих сполук і унеможливлює подальшу десорбцію та його повернення у воду. Суть корисної моделі пояснюється наступними прикладами. Приклад 1. До 10 мл розчину CsCl з концентрацією 20 мг/л додають 0.1 г адсорбенту, який містить 12 % H3PW 12O40, 78 % силікагелю, та 10 % оксиду алюмінію. Суспензію перемішують 2 години та фільтрують від адсорбенту. Концентрація CsCl у розчині після адсорбції за даними атомно-абсорбційної спектрометрії складала 3 мг/л. Таким чином, вміст цезію знизився на 85 %. 1 UA 122396 U 5 10 15 Приклад 2. 1 г адсорбенту, який містить 7 % H3PW 12O40, 43 % силікагелю, та 50 % оксиду алюмінію, завантажують у колону, через яку пропускають забруднену воду з концентрацією 7 радіоактивного цезію-137-4,93·10 Бк/л з об'ємною швидкістю 0,4 мл/хв. Відбирають 2 мл розчину після колони. Концентрація цезію-137 після адсорбції за даними гамма-спектрометрії 5 складала 2,76·10 Бк/л. Таким чином, вміст цезію знизився на 99,4 %. У такий спосіб експериментально встановлено, що запропонований адсорбент забезпечує ефективне очищення води від радіоактивного цезію і може бути успішно використаний для ліквідації наслідків інцидентів, які супроводжуються викидом радіоактивних речовин у навколишнє середовище. Джерела інформації: 1. Патент Японії JP 2017018890 2. Патент Японії JP 2014188421 3. Патент Японії JP 2016179914 4. Патент Японії JP 2015040834 5. Патентико 2017005741 6. Патент Кореї KR 2014133316. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Адсорбент для очищення води, забрудненої радіоактивними ізотопами цезію, який відрізняється тим, що як активний інгредієнт застосовано пористий силікагель, який містить хімічно зв'язану молібдофосфорну або вольфрамофосфорну кислоту, а як зв′язуючий - оксид алюмінію. Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2