Спосіб очистки води від радіонуклідів цезію

Реферат: Спосіб очистки води від радіонуклідів цезію включає обробку води неорганічним сорбентом. Крім цього, як сорбент використовують цинк-алюмінієвий шаруватий подвійний гідроксид, інтеркальований гексаціаноферат(ІІ)-іонами Ζn4Αl2(ΟΗ)12·0,5 [Fe(CN)6]·nH2O. UA 98200 U (12) UA 98200 U UA 98200 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області обробки радіоактивно забруднених вод, зокрема до обробки з використанням синтетичних неорганічних сорбентів, та може бути використана для очистки від радіонуклідів цезію води з підвищеним вмістом катіонів, характерних для природних вод - кальцію, натрію, калію та ін. 137 Для Cs (Т1/2≈30 років, β - та γ - випромінювач), який належить до основних дозоутворюючих радіонуклідів - продуктів ядерного поділу урану та плутонію (Плющев В.Ε., Степин Б.Д. Аналитическая химия рубидия и цезия. - Μ.: Наука. 1975. - 224 с.) [1], притаманна висока міграційна здатність, оскільки знаходиться переважно у вигляді водорозчинних катіонних форм. Це ускладнює вилучення радіонуклідів цезію з водних об'єктів. Також для нього характерна висока токсичність (в екосистемах виступає геохімічним аналогом калію, оскільки радіуси їх гідратованих іонів близькі: rCs=0,228 нм та rK=0,232 нм (Иванов В.Μ., Семененко К.А. Прохорова Г.В., Симонов Е.Φ. Натрий. Μ.: Наука, 1986. 255 с.) [2], що сприяє його легкому засвоєнню живими організмами. Зазначений радіонуклід здатний до біоакумуляції, особливо в клітинах м'яких тканин, що призводить до виникнення внутрішньої небезпеки опромінення організму і пригнічення його життєдіяльності. l37 Відомий спосіб очистки радіоактивно забруднених вод від Cs сорбційним методом з використанням природних алюмосилікатів, наприклад, клиноптилоліту, монтморилоніту, глауконіту та ін. (J. Wu. В. Li, J. Liao, Y. Feng, D. Zhang. J. Zhao, W. Wen. Υ. Yang, N. Liu, Behavior and analysis of Cesium adsorption on montmorillonite mineral //J. Environ. Radioact. - 2009. - Vol. 100. P. 914-920.) [3]. Спосіб очистки води від радіонуклідів цезію за методом [3] полягає в обробці води природним сорбентом - монтморилонітом при співвідношенні твердої і рідкої фаз (V/m), рівному 1000:3. При реалізації заявленого способу досягаються ступені очистки водного середовища -7 -1 -1 (рН 8.0) 44.9-49.2 % при концентрації цезію 2.2·10 М, калію 10 Μ та натрію 10 М, тривалість сорбції 1 год. Основним недоліком способу [3] є те, що природні сорбенти не дозволяють досягати необхідного рівня очищення у зв'язку з конкуруючим впливом іонів натрію і калію, що знижує ефективність сорбції цезію, а також призводять до утворення значної кількості шламів, які потребують подальшої переробки, наприклад, за керамічною або склокерамічною технологією (Пузырная Л.Η., Пшинко Г.Н. Иммобилизация радиоактивных солей кубовых остатков в керамических матрицах //Химия и технология воды. - 2012. - Т. 34, № 1. - С. 84-97) [4]. Відомий спосіб очистки радіоактивно забруднених вод від радіонуклідів цезію шляхом нанесення (іммобілізації) на поверхню різних носіїв фероціанідів металів, наприклад, на вуглецевих волокнах (Авраменко В.Л., Железное В.В., Сокольницкая Т.А и др. Строение и свойства ферроцианидных сорбентов на основе металлсодержащих углеродных волокон //Сорбционные и хроматографические процессы. 2006. - Т. 6, № 6. - С. 899-904) [5]. Спосіб [5] реалізують наступним чином: беруть 3 г активованого нетканого матеріалу (вуглецевого волокна), додають 30 мл 5 % розчину NaOH, перемішують, зливають розчини, промивають дистильованою водою до нейтрального рН, далі заливають 30 мл 5 % розчину НСl і перемішують 20 хв. Після цього зливають розчин і знову промивають дистильованою водою до нейтрального рН. До підготовленого таким чином активованого нетканого матеріалу додають 20 мл водного розчину лимоннокислого нікелю з вихідною його концентрацією 20,8 мг/мл. Далі сушать на повітрі, після чого сухий матеріал прокалюють в атмосфері аргону при 200 °C. До отриманого модифікованого матеріалу додають 105 мл кислого (0,1 Η по НСl) 0.5 Μ розчину фероціаніду калію K4Fe(CN)6 і вигримують 1 добу при кімнатній температурі з періодичним перемішуванням. Після цього відмивають дистильованою водою до втрати колірності розчину і додатково термічно обробляють при 120-150 °C. При використанні вказаного нікелевого фероціанідного сорбенту на основі активованого нетканого матеріалу вилучається до 90 % радіонуклідів цезію. 137 Як випливає з технічної суті способу [5] при очищенні води з невисоким вмістом Cs, 3 наприклад, ≤10 Бк/дм , що характерно для радіоактивно забруднених поверхневих вод, при 3 досягнутому ступені очистки 90 % залишкова активність води складає ≥1 Бк/дм , що відповідає вимогам ДСТУ 4808:2007 для джерел питної води (ДСГУ 4808:2007. Джерела централізованого питного водопостачання. Гігієнічні та екологічні вимоги щодо якості води і правила вибирання. К.: Держспоживстандарт України, 2007. 36 с.) [6]. При застосуванні сорбенту за способом [5] для 3 дезактивації вод з підвищеним вмістом Cs, наприклад, ≥100 Бк/дм , що характерно для радіоактивно забруднених стічних вод, при досягнутому ступені очистки 90 % залишкова 3 активність води складає ≥10 Бк/дм , що в 10 разів перевищує нормативи [6]. Таким чином, основним недоліком способу [5] є недостатня ефективність сорбенту для 3 очистки радіоактивно забруднених стічних вод з концентрацією Cs, більшою 10 Бк/дм . Крім 1 UA 98200 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 того, слід також відмітити досить кропітку та складну технологію отримання модифікованого нікелевим фероціанідом вуглецевого активованого нетканого матеріалу, багатостадійність та тривалість процесу отримання сорбенту, допоміжна технологічна стадія - термообробка, реакційні середовища 0,1 Μ НСl, 5 % розчин NaOH, багатократне відмивання сорбенту дистильованою водою, що спричиняє утворення додаткових відходів. Відомий також спосіб очистки водних розчинів від радіонуклідів цезію сорбційним методом з використанням спученого перліту, модифікованого фероціанідом міді (Сираканян М.Л., Вадересян Г.Ц., Гаспарян Н.К. Использование модифицированного вспученного перлита для локализации радионуклидов //Известия НАП РА и ГИУА. Сер. ТН. - 2009. - Т. 62, № 3. - С. 278285) [7]. Спосіб [7] реалізується таким чином: спочатку модифікують спучений перліт шляхом послідовного іонообмінного закріплення на поверхні матриці фероціанідного аніону, а потім катіонів металів (Са, Ni, Co) з утворенням композиційного фероціанідного сорбенту. До підготовленого таким чином сорбенту додають модельний розчин цезію при масовому співвідношенні V/m-100:1 та проводять сорбцію в статичних умовах, розчин відокремлюють від сорбенту. За 6 год. сорбційного процесу ступінь очистки води (рН 7.3) складає 60 %, за 10 год. 80 % і через 24 год. - 95.5 %. При збільшенні рН середовища до 9-10 ступінь очистки зростає до 99,8 %. Основні недоліки способу [7] наступні: досить значна доза сорбенту для очистки води (10 3 г/дм ), що спричинює збільшення об'ємів шламів водоочищення; великі витрати на отримання матриці - спученого перліту (висока температура отримання - 1200 °C) та низька питома вага 3 (