Технологія одержання сорбційних матеріалів на основі лігніну для утилізації рідких радіоактивних відходів

Размещено на http://www.allbest.ru/

СЕВАСТОПОЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЯДЕРНОЇ ЕНЕРГії ТА ПРОМИСЛОВОСТІ

УДК 66.06: 543.544-414

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ТЕХНОЛОГІЯ ОДЕРЖАННЯ СОРБЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ ЛІГНІНУ ДЛЯ УТИЛІЗАЦІЇ РІДКИХ РАДІОАКТИВНИХ ВІДХОДІВ

05.17.08 - Процеси та обладнання хімічної технології

ЧЕРКАШИНА НАТАЛІЯ ІГОРІВНА

Севастополь-2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Севастопольському національному університеті ядерної енергії та промисловості

Науковий керівник:кандидат технічних наук, доцент, Єрофєєв Віталій Андрійович, Севастопольський національний університет ядерної енергії та промисловості, завідувач кафедри дозиметрії, цивільної оборони та хімічної інженерії

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, Саєнко Сергій Юрійович, Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», начальник відділу;

кандидат технічних наук, Кравченко Віталій Віталійович, Інженерна компанія «КРИПТО», заступник директора з науковой роботи.

Захист дисертації відбудеться « 11 » листопада 2011 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 50.851.03 Севастопольського національного університету ядерної енергії та промисловості за адресою: 99015, Севастополь, вул. Курчатова, 7.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Севастопольського національного університету ядерної енергії та промисловості (99015, Севастополь, вул. Курчатова, 7).

Автореферат розісланий « 6 » листопада 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради К 50.851.03 к.т.н., доцент Григор'єва В.М.

сорбент радіоактивний модифікація фільтрація

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Для підвищення ефективності та селективності витягання радіонуклідів використовуються різні способи модифікування природних матеріалів, оскільки вони відрізняються доступною та дешевою сировинною базою. Переважно використовувати сорбційні матеріали, здатні вибірково сорбувати радіонукліди з водних середовищ різноманітного складу, таких як технологічні середовища АЕС, що утворюються в процесі експлуатації устаткування, забрудненого радіонуклідами, в яких поряд з радіоактивністю присутні, як правило, органічні домішки (поверхнево активні речовини (ПАР), комплексоутворювачи).

Слід зазначити, що рослинна сировина, яка використовується для здобуття композиційних матеріалів, після модифікації може мати високі сорбційні властивості, що перевищують властивості неорганічних сорбентів. Створення біфункціональних сорбентів, одночасно здатних і до адсорбції неполярних речовин за рахунок Ван-дер-Ваальсової взаємодії, і до поглинання іонів металів функціональними групами по іонообмінному механізму, оскільки в стічних водах промислових підприємств міститься, як правило, безліч забруднюючих речовин різної природи (органічні домішки, іони важких металів, поверхнево-активні речовини та ін.), поширює галузь їх використання. Крім того, одержання сорбента з поліфункціональними властивостями дозволяє його застосування для очищення рідких радіоактивних відходів (РРВ) різноманітного складу.

Однією з проблем при поводженні з радіоактивними відходами (РАВ) є мінімізація та ефективна переробка РРВ. Різноманіття кількісного та якісного складів РРВ, нерадіоактивних відходів, що утворюються в процесі діяльності об'єктів ядерної енергетики, підприємств ядерного паливного циклу (ЯПЦ) та інших промислових підприємств, неоднозначність джерел їх утворення та динаміки надходження в довкілля визначає різноманіття методів і технічних прийомів поводження з ними.

Відсутність єдиного універсального способу переробки РРВ та очищення промислових стоків від токсичних інгредієнтів приводить до необхідності створення різних технологій і схем їх знешкодження, пристосованих до специфіки та умов конкретного виробництва.

Одним з поширених та досить ефективних методів очищення є сорбційний метод, заснований на гетерогенній взаємодії сорбенту та видаленні забруднення в розчині за механізмами адсорбції, іонного обміну, комплексоутворення, які відрізняються дешевизною та простотою апаратурного оформлення. Первинним завданням при цьому є якість очищення, продуктивність очисної системи відсовується на другий план. Не менш істотною є економічна сторона проблеми.

Думки багатьох фахівців логічно зводяться до того, що недоцільно будувати потужні стаціонарні установки для очищення та утилізації РРВ, а слід використовувати дешеві та прості технології з мінімальною кількістю вторинних відходів, застосовуючи нові сорбенти (наприклад, високоефективне активоване вугілля) та іонообмінні матеріали (наприклад, селективні іоніти), що не вимагають регенерації та прості в утилізації (наприклад, органічні сорбенти).

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до Державної програми поводження з радіоактивними відходами, затвердженої постановою КМУ від 5.05.1999 №542 «Створення технологій, устаткування та підприємств для утилізації й переробки біомаси та інших радіаційно та екологічно забруднених матеріалів, проведення на їх основі заходів щодо реанімації та оновлення земель в Зоні відчуження та інших територій, забруднених екотоксикантами», в рамках Державної програми по ліквідації наслідків аварії на Чорнобильській АЕС, і «Галузевої програми поліпшення радіаційного стану уранових об'єктів галузі в регіонах і розташуваннях», затвердженої Міністерством енергетики України, Київ, 1999, а також відповідно до плану спільних науково-дослідницьких робіт між СНУЯЕтаП і підприємствами державного концерну «Ядерне паливо України» (НДР по темі «Скид», реєстраційний № 0710U004816).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка технології одержання сорбенту на основі лігніну для очищення РРВ.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:

1) розробити технологію одержання сорбенту «ФОЛІОКС-КМП»;

2) розробити метод модифікації лігніновміщуючої сировини;

3) виявити залежність ефективності сорбції РРВ при зміні швидкості фільтрації, величини активності, радіонуклідного складу, концентрації солей і ПАР;

4) створити математичну модель процесу очищення РРВ від радіонуклідів і домішок та експериментально перевірити достовірність та ефективність очищення одержаним сорбентом на реальних технологічних середовищах.

Об'єкт дослідження: сорбційне очищення РРВ від радіонуклідів, солей і поверхнево-активних речовин.

Предмет дослідження: сорбенти на основі лігніновміщуючої сировини.

Методи дослідження: методи фізико-хімічного аналізу, методи спектроскопії (інфрачервона спектроскопія та спектроскопія електронного парамагнітного резонансу), радіохімічні методи аналізу (-, - радіометрія та спектрометрія), математичне моделювання та методи математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів. В результаті досліджень в роботі здобуті наступні нові наукові результати:

1) вперше був розроблений безводний метод механохімічної модифікації лігніновміщуючої сировини, який дозволяє значно збільшити сорбційну та іонообмінну ємкості, визначені оптимальні параметри його здійснення, запропонована структурна схема молекули лігніну після модифікації;

2) розроблена технологія одержання сорбенту «ФОЛІОКС-КМП (кісточковий модифікований порошковий)»;

3) вперше запропонована математична модель процесу очищення РРВ сорбентом «ФОЛІОКС-КМП».

Практичне значення одержаних результатів. Одержан сорбент «ФОЛІОКС-КМП» (Пат. 93824 України, МПК⁵¹ B 01 J 20/22, B 01 J 20/30, C 02 F 1/28. Спосіб одержання кісточкового порошкового модифікованого органічного сорбенту «Фолiокс КПМ», В. А. Єрофєєв, Н. I. Черкашина), який може використовуватися в циклі доочистки конденсату вторинної пари установок СВО-3 і СВО-7, для очищення радіоактивних середовищ низької і середньої активності від радіонуклідів,, ¹³⁷Cs, ⁶⁰Со, солей, органічних домішок і ПАР.

Результати виконаних досліджень впроваджені на підприємстві «НАКАТ-ЛТД», м. Севастополь, в рамках теми «Радіохімічний аналіз сільськогосподарських кормів», 2011 р.

Річний економічний ефект від вживання розробленого сорбенту «ФОЛІОКС-КМП» склав на 100 кг близько 22 тисяч гривень у цінах на 2011 р.

Особистий внесок здобувача. Автором були розроблені технологічна та апаратурна схеми одержання сорбенту «ФОЛІОКС-КМП» [10], розрахований матеріальний баланс здобуття сорбенту, на підставі якого вибрано устаткування для апаратурної схеми [5], визначені оптимальні параметри механохімічного методу модифікації лігнінвміщуючої сировини [11], запропонована структурна схема молекули лігніну після модифікації [9], зроблений розрахунок економічного ефекту від використання розробленого сорбенту [7].

Здобувачем проведено тестування сорбенту «ФОЛІОКС-КМП» на стендових ресурсних випробуваннях у циклі доочистки конденсату вторинної пари установок СВО-3 і СВО-7 на ЮУАЕС [1-4], а так само проведені випробування по очищенню реальних технологічних середовищ низької активності в ДСНВП «Екоцентр» і водах дезактивації дослідницького реактора ДР-100 [6,8], оброблені результати експериментів [10], створена математична модель процесу сорбції лігніновим сорбентом і перевірена її адекватність [5].

Апробація результатів дисертації. Результати роботи докладалися та обговорювалися на XII Міжнародній конференції (Росія, Санкт-Петербург, Сосновий Бор, 2009), II-му Українсько-російському семінарі «Розвиток атомної енергетики Росії та України - чинник стійкого розвитку міждержавної співпраці» (Енергодар, 2009 р.); науково-технічній конференції «Проблеми поводження з радіоактивними відходами в Україні» (Київ, 2010 р.).

Публікації. По матеріалах дисертації надруковано 11 праць, з яких 10 статей, з них 8 в спеціалізованих виданнях та одержано 1 патент на винахід.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація складається з введення, чотирьох розділів, виводів, списку використаної літератури, що включає 183 найменування. Вміст роботи викладений на 138 сторінках, включаючи 23 рисунки, 34 таблиць і 2 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та задачі дослідження, відображено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

Перший розділ містить огляд літературних даних аналізу природних сорбентів, що використовуються для очищення рідких радіоактивних відходів. Особлива увага приділена розгляду методів модифікації лігніновміщуючого матеріалу.

У другому розділі описано новий механохімічний метод модифікації лігніну, що приводить до змінення функціонального й структурного складу та до створення нових сполучень, які мають підвищену хімічну активність. Методом математичної статистики визначені оптимальні параметри процесу модифікації: температура - 100єС, концентрація модифікуючих добавок 2,7 мас. %, а також розглянуті фізико-хімічні властивості одержаного сорбенту «Фоліокс - кісточковий модифікований порошковий (КМП)».

У третьому розділі описана технологія одержання сорбенту «ФОЛІОКС-КМП». Механохімічна обробка гідролізного лігніну викликає руйнування його хімічних зв'язків, інтенсифікація процесу у присутності модифікаторів і підвищення температури приводить до глибших структурних змін (розрив зв'язків вуглецю з іншими атомами в макромолекулі лігніну з подальшою взаємодією дисоційованих неорганічних інгредієнтів).

Технологічна схема процесу механохімічної модифікації лігнінвміщуючої сировини приведена на рис. 1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Технологічна схема процесу виробництва модифікованої лігнінвміщуючої сировини.

При нагріванні в кульовому млині протікають наступні хімічні реакції:

1) ;

2);

3);

4) ;

5).

На підставі технологічної та хімічної схеми процесу було виконано розрахунок матеріального балансу, який показав, що з 100 кг вихідної лігнінвміщуючої сировини можна одержати 32,7 кг необхідного сорбенту.

Оскільки основним процесом у виробництві сорбенту є подрібнення, вибір способу та технологічної схеми подрібнення, типорозмірів, матеріалів робочих органів і режиму роботи подрібнювачів залежить від властивостей сировини (міцності, гранулометричного складу, термо- і хімічної стійкості та ін.).

В якості подрібнювача був вибраний для першої стадії - роторний подрібнювач ІРВ-02; для другої - кульовий млин МШФ 900х1800.

Економічний ефект від вживання «ФОЛІОКС-КМП» по відношенню до КУ-2-8 склав на 100 кг сорбенту близько 22 тис. гривень.

У четвертому розділі представлені результати функціонального аналізу сорбенту «ФОЛІОКС-КМП», а також результати стендових і натурних випробувань. Результати функціонального аналізу одержаного сорбенту представлені в табл.1.

Таблиця 1 Результати функціонального аналізу

Функціональні групи	«Фоліокс-КМП»	Сорбент «Фоліокс» ТУУ24.6-305-78756-001-2002
	мг-екв/г
Групи (;-фенольні)	15,05	5,78
Карбоніли	1,58	1,15
Спиртові гідроксили	4,05	5,55
Зв'язаний азот	3,99	2,87

Примітка: зв'язаний азот зафіксований в азотвміщуючих функціональних групах: амонієвих ; амінах та iн.

В результаті механохімічної модифікації зростає активність сполучень лігніну за рахунок збільшення кислих функціональних груп з 6,2 мг-екв/г до 15,2 мг-екв/г і зростання вільних утворень із спин/г до 4,45 - 5,4 спин/г, що беруть участь в реакціях окислювально-відновної взаємодії.

Для підтвердження можливості використання органічного сорбенту «ФОЛІОКС-КМП» (далі модифікація b) і «Фоліокс - крупногранульований горіховий (КГГ)» (далі модифікація а) для очищення низькоактивних радіоактивних вод проводилися ресурсні стендові випробування на базі ЮУАЕС по очищенню конденсатів вторинної пари установок СВО-3 і СВО-7. Вихідні параметри РРВ, що очищаються: А_вх - активністю 5,31 Ки/л, яка в основному представлена радіонуклідами ; - концентрацією нафтопродуктів 0,131 мкг/дм³; ; солевмістом 43 мг/см³.

Результати залежності коефіцієнтів очищення по сумарній активності радіонуклідів і концентрації органічних домішок від об'єму розчину, що пропускається, даних модифікацій а і b представлені на рис. 2, 3.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Залежність коефіцієнта сорбції радіонуклідів від об'єму конденсату, що пропускається, через модифікації сорбентів: ------ модифікація сорбенту а; ____ модифікація сорбенту b.

Максимальне значення ПОЄ = 6,4 г/г, а значення коефіцієнта розподілу для модифікації b - більше 3.

На базі дослідницького реактора ДР-100 СНУЯЕтаП була проведена серія випробувань сорбенту «ФОЛІОКС-КГО» за визначенням залежності ефективності поглинання радіонуклідів від солевмісту та концентрації ПАР дезактиваційних вод з параметрами: Бк/дм³, сумарна концентрація іонів () , , , варіювала від 10 мг/дм³ до 1 г/дм³, сумарна концентрація ПАР варіювала від 25 мг/л до 1 г/л.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Залежність коефіцієнта розподілу по концентрації органічних домішок від об'єма фільтрата конденсата вторинної пари після фільтрації через сорбент «ФОЛІОКС-КГО» через модифікації: ----- модифікація сорбенту а; ___ модифікація сорбенту b.

Метою проведення робіт є вивчення селективності сорбції радіонуклідів , і сорбентом «ФОЛІОКС-КГО», розробленим в СНУЯЕтаП.

Результати представлені на рис. 4,5.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Залежність активності фільтрату від сумарної концентрації ПАР: ___експериментальна крива; --- усереднена крива.

На рис. 4 представлена ділянка концентрацій іонів солей, де зміни активності фільтрату спостерігаються найчіткіше.

Був проведений інфрачервоний спектральний аналіз препаратів лігніну, який визначив зміну функціонального складу в молекулі після механохімічної модифікації, а також наявність нових зв'язків, що характеризують зв'язок радіонукліда з органічною молекулою лігніну.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Залежність коефіцієнта розподілу від об'єму РРВ, що очищуються, для радіонуклідів: --- , ___, …….

Одержана математична модель очищення РРВ сорбентом «ФОЛІОКС-КМП», яка описує наступні процеси: фільтрацію через шар сорбенту з урахуванням порозності шару, коефіцієнта розподілу; відносну сорбцію з врахуванням часу; масоперенос з урахуванням лімітуючої стадії - внутрішньої дифузії.

Перетворене рівняння Фіка по другому закону для дифузійного перенесення компонента з рідкої фази стосовно однонаправленого переміщення компонента, що поглинається (ПК), уздовж нерухомого шару з врахуванням порозності шару, коефіцієнта розподілу матиме вигляд:

, (1)

де - концентрація мікрокомпонента в рідині, г/л;

- координата переміщення мікрокомпонента уздовж нерухомого шару, см;

- швидкість переміщення рідини через зернистий матеріал, см/с;

- ефективний коефіцієнт дифузії, см²/с ;

- коефіцієнт розподілу, см²/г;

- концентрація мікрокомпонента в шарі сорбенту у момент часу , г/л;

- порозність шару, відношення порожнеч між частками до об'єму, зайнятого цим матеріалом і може бути розрахована по наступній формулі:

,(2)

де - загальний об'єм, займаний зернистим шаром, см³;

- вільний об'єм шару, см³;

- об'єм, займаний частками, що створюють шар, см³.

Характер транспорту радіонуклідів в пори сорбенту оцінювався також по ефективному коефіцієнту дифузії, який є величиною, зворотно пропорційною до опору сорбції. Його значення визначалися по рівнянню дифузії в пористому сорбенті (рівняння Баррера):

,(3)

де - ефективний коефіцієнт дифузії, см²/ с;

s - величина відносної адсорбції до моменту часу ;

- час адсорбції, с;

V - об'єм гранули сорбенту, см³;

S - площа зовнішньої поверхні гранул, см².

Відомо, що при сорбції радіонуклідів сорбентом з рідкої фази для дослідження можливості лімітації сорбції внутрішньодифузійним опором можна скористатися рівнянням:

,(4)

де ц - відносний час.

Дослідження кінетики рідкофазной сорбції радіонуклідів показало, що кінетика сорбції, що лімітується внутрішньою дифузією, описується рівнянням Глюкауфа:

,(5)

де С_i - поточне значення концентрації адсорбенту до моменту часу від початку сорбції, г/л;

- рівноважне значення гиббсовської адсорбції, моль/м²;

в₀ - коефіцієнт масопередачи, який можна інтерпретувати як функцію відгуку гідродинамічної моделі на імпульсне обурення, с^-1.

З урахуванням цього підсумковий варіант математичної моделі матиме вигляд:



Адекватність моделі підтверджена проведеними натурними випробуваннями на реальних технологічних середовищах АЕС. Проведені випробування та математичні розрахунки показують, що одержаний сорбент можливо використовувати на штатному устаткуванні у встановлених технологічних режимах.

ВИСНОВКИ

1. Проведений аналіз накопичення РРВ на АЕС України показав, що у зв'язку з виводом з експлуатації енергоблоків АЕС надходження РРВ у багато разів збільшитися за рахунок вод дезактивації, душових і спецпралень, які необхідно переробляти енергозберігаючими технологіями.

2. Були розроблені технологічна та апаратурна схеми одержання сорбенту «ФОЛІОКС-КМП», розрахований матеріальний баланс одержання сорбенту, на підставі якого обрано оптимальне устаткування для апаратурної схеми, визначені оптимальні параметри механохімічного методу модифікації лігнінвміщуючої сировини, що дозволяє значно збільшити сорбційну та іонообмінну ємкості, запропонована структурна схема молекули лігніну після модифікації.

3.. Були запропонована технологія виробництва сорбенту «ФОЛІОКС-КМП (кісточковий модифікований порошковий)» що дозволяє одержати порівняно недорогий сорбент з відходів сільськогосподарських і гідролізних виробництв на основі лігніну із застосуванням малоенергоємної технології; значно знизити вартість переробки РРВ, яка складається з відсутності створення вторинних відходів за рахунок виключення регенерації відпрацьованого сорбенту та дорогих інгредієнтів для регенерації. Подальша утилізація відпрацьованого сорбенту можлива термічними методами з включенням зольного залишку в тверду матрицю.

4. Вперше запропонована математична модель очищення РРВ сорбентом «ФОЛІОКС-КМП», адекватність якої підтверджена проведеними натурними випробуваннями на реальних технологічних середовищах АЕС. Проведені випробування та математичні розрахунки показують, що одержаний сорбент можливо використовувати на штатному устаткуванні у встановлених технологічних режимах, а також для очищення РРВ на АЕС України.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Черкашина Н. И. Дезактивация жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности с повышенным солесодержанием и концентрацией нефтепродуктов / Н. И. Черкашина, В. А. Ерофеев // Збiрник наукових праць СНУЯЭтаП. - 2009. - № 1.- С. 69-73.

2. Черкашина Н. И. Очистка трапных вод и технологических сред первого контура от радионуклидов и нефтепродуктов сорбентами на основе лигнина / Н.И. Черкашина, В.А. Ерофеев // Збiрник наукових праць СНУЯЭтаП. - 2009. - № 2. - С. 67-73.

3. Черкашина Н. И. Использование сорбента «Фолиокс» для очистки вод спецпрачечных и душевых АЭС от радионуклидов и нефтепродуктов / Н.И. Черкашина, В. А. Ерофеев // Экология и атомная энергетика. - 2009. - № 2.- С. 100-102.

4. Черкашина Н. И. Анализ сорбционной способности модификаций сорбентов на основе лигнина гидролизного «Фолиокс-КГО» по результатам исследований на АЭС / Н. И. Черкашина, В. А. Ерофеев // Збiрник наукових праць СНУЯЭтаП. - 2009. - № 3. - С. 102-107.

5. Черкашина Н. И. Анализ сорбционной способности сорбента «ФОЛИОКС-КГО» / Н.И. Черкашина, В.А. Ерофеев.// Экология и развитие общества: XII Международной конференции (19/20 апреля 2006р.). - Санкт-Петербург - Сосновый Бор: 2006. - С. 44-48.

6. Черкашина Н. И. Исследование селективности сорбции сорбента «Фолиокс-КГО» по радионуклидам ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ⁶⁰Со / Н. И. Черкашина, В. А. Ерофеев // Збiрник наукових праць СНУЯЭтаП. - 2009. - № 4. - С. 134-139.

7. Черкашина Н. И. Характер зависимости эффективности очистки дезактивационных вод сорбентом «Фолиокс-КГО» при изменении концентрации солей и поверхностно активных веществ / Н. И. Черкашина, В. А. Ерофеев, В. Б. Копорушкина // Збiрник наукових праць СНУЯЭтаП. - 2010. - № 1. - С. 90-96.

8. Черкашина Н. И. О взаимодействии лигниновых препаратов с ионами различной полярности / Н.И. Черкашина, В. А. Ерофеев, Н. А. Бежин // Збiрник наукових праць СНУЯЭтаП.- 2010. - № 2.- С. 136-142.

9. Черкашина Н. И. Исследование возможности эффективной очистки трапных вод от пылеподавляющего состава сорбентом на основе лигнина гидролизного / Н.И. Черкашина, В. А. Ерофеев, В. Б. Копорушкина // Збiрник наукових праць СНУЯЭтаП. - 2011. - № 1. - С. 87-90.

10. Черкашина Н. И. К вопросу о взаимодействии лигнинов с неорганическими модификаторами при механохимической обработке / Н.И. Черкашина, В. А. Ерофеев // Збiрник наукових праць СНУЯЭтаП. - 2011. - № 2. - С. 184-189.

11. Пат. 93824 Украины, МПК⁵¹ B 01 J 20/22, B 01 J 20/30, C 02 F 1/28. Спосiб одержання кiсточкового порошкового модифiкованого органiчного сорбенту «Фолiокс КПМ» / В.А. Эрофээв, Н.I. Черкашина; заявитель и патентообладатель Севастопольский нац. ун-т ядерноi енергii та промисловостi. - № а 2010 04280; заявл. 13.04.2010 ; опубл. 12.07.10, Бюл. № 13 (I ч.).

АННОТАЦІЇ

Черкашина Н. И. Технология получения сорбционных материалов на основе лигнина для утилизации жидких радиоактивных отходов. - Рукопись.

Диссертационная работа посвящена разработке технологии получения сорбента на основе лигнина для очистки ЖРО.

Произведен обзор литературных данных анализа природных сорбентов применяемых для очистки ЖРО, особое внимание уделено рассмотрению методам модификации лигниносодержащего материала.

Описан новый механохимический метод модификации лигнина, который приводит к изменению функционального и структурного состава и образованию новых соединений, обладающих повышенной химической активностью. Методом математической статистики определены оптимальные параметры процесса модификации: температура - 100єС, концентрация модифицирующих добавок 2,7 масс. %, а так же изучены физико-химических свойства полученного сорбента «Фолиокс- косточковый модифицированный порошковый (КМП)».

Разработана технологическая и аппаратурная схема получения сорбента «Фолиокс-КМП», рассчитан материальный баланс получения сорбента, на основании которого выбрано оптимальное оборудование для аппаратурной схемы, предложена структурная схема молекулы лигнина после модификации.

Экономический эффект от применения «Фолиокс-КМП» по отношению к КУ-2-8 составил на 100 кг сорбента около 20 тыс. гривен.

Для подтверждения возможности использования органического сорбента «Фолиокс-КМП» и «Фолиокс- крупногранулированный ореховый (КГО)» для очистки низкоактивных радиоактивных вод проводились ресурсные испытания на ЮУАЭС конденсатов вторичного пара установок СВО-3 и СВО-7. Проведен инфракрасный спектральный анализ препаратов лигнина, который определил изменение функционального состава в молекуле после механохимической модификации, а также наличие новых связей, характеризующих связь радионуклида с органической молекулой лигнина.

Впервые предложена математическая модель очистки ЖРО сорбентом «Фолиокс-КМП», адекватность которой подтверждена проведенными натурными испытаниями на реальных технологических средах АЭС. Проведённые испытания и математические расчеты показали, что полученный сорбент можно использовать на штатном оборудовании в установленнях технологических режимах, а также для очистки ЖРО на АЭС Украины.

Черкашина Н. І. Технологія одержання сорбційних матеріалів на основі лігніну для утилізації рідких радіоактивних відходів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 - Процеси та обладнання хімічної технології - Севастопольський національний університет ядерної енергії та промисловості, Севастополь, 2011.

Дисертаційна робота присвячена розробці технології одержання сорбенту на основі лігніну для очищення РРВ.

Запропонована технологія виробництва сорбенту «ФОЛІОКС-КМП (кісточковий модифікований порошковий)» яка дозволяє одержати порівняно недорогий сорбент з відходів сільськогосподарських і гідролізних виробництв на основі лігніну.

Розроблена технологічна та апаратурна схема одержання сорбенту «ФОЛІОКС-КМП», розрахований матеріальний баланс одержання сорбенту, на підставі якого вибрано оптимальне устаткування для апаратурної схеми, визначені оптимальні параметри механохімічного методу модифікації лігнінвміщуючої сировини, що дозволяє значно збільшити сорбційну та іонообмінну ємкості, запропонована структурна схема молекули лігніну після модифікації, зроблений розрахунок економічного ефекту від використання одержаного сорбенту. Проведений функціональний аналіз і вивчені фізико-хімічних властивості одержаного сорбенту «ФОЛІОКС-КМП.

Вперше запропонована математична модель очищення РРВ сорбентом «ФОЛІОКС-КМП», адекватність якої підтверджена проведеними натурними випробуваннями на реальних технологічних середовищах АЕС. Проведені випробування та математичні розрахунки показують, що одержаний сорбент можливо використовувати на штатному устаткуванні у встановлених технологічних режимах, а також для очищення РРВ на АЕС України.

Ключові слова: лігнін, механохімічна модифікація, електрофільне заміщення, фенілпропанові одиниці, іонообмінні та сорбційні властивості.

Cherkashina N. I. Technology of receipt of sorbcionnye materials on the basis of lignin for utilization of liquid radio-active wastes. It is Manuscript.

Dissertation on the competition of graduate degree of candidate of technical sciences on speciality 05.17.08 - Processes and equipment of chemical technology - Sevastopol national university of nuclear energy and industry, Sevastopol, 2011.

Dissertation work is devoted development of technology of receipt of sorbent on the basis of lignin for cleaning of LRW.

Technology of production of sorbent of «FOLIOKS-DMP» allowing to get comparatively an inexpensive sorbent from wastes of agricultural and hydrolized productions on the basis of lignin.

The technological and apparatus chart of receipt of sorbent of «FOLIOKS-DMP» is developed, financial balance of receipt of sorbent on the basis of which an optimum equipment is chosen for an apparatus chart is expected, the optimum parameters of mecanikal and hеmistry method of modification containing a lignin raw material, allowing considerably to increase sorptiones and exchange of iones capacities are certain, the flow diagram of molecule of lignin is offered after modification, the calculation of economic effect is produced from application of the developed sorbent.

Conducted functional analysis and studied physical and chemical properties of the got sorbent of new sorbent of «FOLIOKS-DMP.

The mathematical model of cleaning of LRW is first offered by the sorbent of «FOLIOKS-DMP», adequacy of which is confirmed the conducted model tests on the real technological environments AES, allowing to use a sorbent on a regular equipment and set technological modes. The results of tests confirmed possibility of the large-scale use of «FOLIOKS-DMP» for cleaning of LRW on AES of Ukraine.

Keywords: lignin, mecanikal hеmistry modification, electrophilic substitution, fenilpropane units exchange of iones and sorbciones properties.

Размещено на Allbest.ru

...