Влияние температуры активации бентонита на его сорбционную способность к извлечению Cs-137 из вакуумных масел

9

С 11 6 X И в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Nb 7

УДК 621.039.7

А.И. Тучкова, Е.А. Тюпина

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ АКТИВАЦИИ БЕНТОНИТА НА ЕГО СОРБЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ К ИЗВЛЕЧЕНИЮ Cs-137 ИЗ ВАКУУМНЫХ МАСЕЛ

The influence of bentonite temperature activation on its sorption capacity in relation to Cs-137 extraction from the vacuum oils has been studied. It was found that an activation of bentonite should be carried out at a temperature of: the initial stage of activation — 100°C; drying — 100 ± 5°C.

Проведено исследование влияния температуры активации бентонита на его сорбци-онную способность по отношению к Cs-137 из вакуумных масел. Установлено, что проведение активации бентонита необходимо проводить при температуре: начальной стадии активации - 100°С; высушивания - 100±5°С.

В настоящее время остро стоит проблема переработки жидких органических отходов (ЖОО) и в частности, отработанных вакуумных масел, которые на большинстве заводов хранятся в емкостях, представляя собой потенциальный источник загрязнения окружающей среды из-за своей пожа-ро-, взрыво- и радиационной опасности, а также из-за токсичности. Задача экологически безопасного уничтожения таких отходов имеет первостепенную важность.

Известно, что одним из наиболее эффективных способов очистки низкоактивных отходов от Cs-137 является сорбционный метод с применением неорганических адсорбентов.

В проведенных ранее экспериментах [1] по очистке масла от Cs-137 был опробован ряд сорбентов, среди которых два типа бентонитовых глин (Б1 и Б2), цеолиты NaA, NaY, NaX, молекулярное сито Merck, силикагель КСК, НЖС, ТВЭКС-ФОР, СДФ-2, уголь СКТ-3, УСВР и ряд других. Кроме того, для бентонитов было изучено несколько способов их активации. По результатам данных экспериментов выявлено, что бентонит Б1, активированный кислотой показал наилучшие результаты.

Целью настоящей работы являлось исследование температурной зависимости активации бентонита Б1 (как от температуры начальной стадии активации, так и от температуры высушивания), а также рассмотрение влияния термической обработки на сорбционную способность неактивированного кислотой Б1 по отношению к Cs-137.

Для изучения адсорбции цезийсодержащих продуктов использовали реальное отработанное масло с начальной активностью 15000 Бк/кг, основным загрязнителем которого являлся Cs-137. Предварительно масло было очищено от водной фазы и механических загрязнений. Измерения активности проводили на полупроводниковом гамма-рентгеновском спектрометре на основе детектора из особо чистого германия (ОЧГ-2000).

С 1Ь 6 X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. N0 7

Как известно из литературных данных [2], прокаливание образцов глин перед активацией способствует значительному изменению структурных параметров получаемых адсорбентов, что связано с дегидратацией и нарушением кристаллической структуры исходных образцов, ростом их дисперсности и удельной поверхности. Не исключено, что в структуре образца вскрывается под действием температуры и содержащейся влаги часть «закупоренных» пор, разрушаются отдельные перегородки и встраиваются в общую систему пор, сообщающихся друг с другом.

Однако при проведении сорбционной очистки с использованием тер-мообработанного бентонита получена обратная зависимость остаточной активности масла от температуры прокаливания (рис. 1).

Адсорбцию проводили при температуре 80 °С по следующей методике: в масло с известной начальной активностью по Сз-137 вносили навеску бентонита при соотношении твердой и жидкой фаз 1:40. После перемешивания в течение 30 мин и центрифугирования 60 мин при 4500 об/мин измеряли остаточную активность масла.

Рис. 1. Зависимость остаточной удельной активности масла от температуры обработки Б1

Для подтверждения предположения о разрушении структуры Б1 был проведен дифференциально-термический (ДТА) и рентгенофазовый (РФА) анализ. По результатам ДТА определена температура полного разрушения структуры (образец расплавился), соответствующая значениям 850-950 °С.

Исходя из предположения, что активация терморазрушенного образца бентонита должна происходить легче и быстрее, провели сравнение адсорбционной очистки масла активированным терморазрушенным (прокаленным при 800 °С) и активированным исходным Б1.

Активацию проводили следующим образом: бентонит добавляли в предварительно разогретый до 80 °С 20 %-ный раствор НгБСЬ при соотношении фаз Б1 и кислоты 1:3 и перемешивали при 80 °С в течение 5 мин с последующим высушиванием образцов в сушильном шкафу при 100 °С. Адсорбцию на активированных бентонитах проводили по описанной выше методике.

9

С Яг в X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. №7

При сравнении полученных результатов, оказалось, что остаточные активности масел, очищенных обоими типами адсорбентов, имеют одинаковые значения в пределах погрешности эксперимента. Таким образом, в нашем случае, нет необходимости в проведении дополнительной операции по предварительному прокаливанию бентонита Б1 перед кислотной активацией.

На следующем этапе был проведен подбор оптимальной температуры начальной обработки бентонита при интенсивном контакте фаз и коэффициента вспучивания бентонита (Кв).

Коэффициентом вспучивания называют отношение величины объемного веса природного материала уп (кг/м3) к величине объемного веса вспученного бентонита ув (кг/м3):

Уе

Вспучивание бентонита (многократное увеличение в объеме) происходит вследствие того, что содержащаяся в нем вода, превращаясь при нагревании в пар, расслаивает частицы бентонита по плоскостям спайности на отдельные пластинки-чешуйки, что влечет за собой увеличение удельной поверхности [3].

Из результатов, представленных на рис. 3 видно, что степень очистки масла от Сз-137 возрастает с увеличением температуры начальной стадии активации бентонита, что хорошо коррелируется с полученными данными по коэффициенту вспучивания активированного бентонита.

. 500 5

м

« 400

и

Св

£ 300

и

о =

вэ

н 200

И

а

п >>

100

3,5

к =

сз вэ

В" =

и

Ч М

о Н =

И

2,5

-во о

и

20

40

60

Температура, С

80

100

120

-А—Уд. активность масла, Бк/кг

Коэффициент вспучивания

Рис. 2. Зависимость коэффициента вспучивания бентонита Б1 и остаточной удельной активности масла от температуры начальной стадии активации

В дальнейшем была определена зависимость остаточной активности масла и коэффициента вспучивания бентонита (Кв) от температуры высушивания суспензии (методики проведения активации и адсорбции приведены выше). Результаты эксперимента приведены на рис. 3. Как видно из представленных данных (рис. 3), оптимальной температурой проведения процес-

9

С 1b G X U/ в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Nb 7

са высушивания является 100±5 °С. Можно предположить, что при низких температурах (ниже 90 °С) не происходит достаточного удаления влаги, а при более высоких (выше 120 °С) начинаются процессы деструкции. Кроме того, можно отметить, отсутствие изменения Кв в исследованном интервале (60 - 200 °С ) от температуры высушивания бентонита, что говорит о быстром прохождении процесса вспучивания на стадии перемешивания с кислотой.

ш

га" с

о

300

250

200

Î

о о

X

m s

I-

х га

Ч

150

100

50

60 80 100 120 140 160 Температура высушивания, С

180

X

га m s т >. с о m

I-

х

ш

fr-fr

о о

SÉ

200

Уд. активность масла, Бк/кг  Коэффициент вспучивания

Рис. 3. Зависимость остаточной активности масла от температуры высушивания активированного бентонита

Таким образом, установлено, что при термической обработке исходного бентонита происходит разрушение его структуры, которое отрицательно сказывается на сорбционной способности по отношению к С5-137.

Показано, что проведение активации бентонита Б1 необходимо проводить при температуре: начальной стадии активации - 100°С; высушивания - 100±5°С.

Библиографические ссылки

1. Тучкова А.И. Извлечение радионуклидов Cs-137 из отработанных вакуумных масел сорбционным методом. // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажина]; / РХТУ им. Д.И. Менделеева М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009. T. XXIII. № 8 (101). С. 12-15.

2. Комаров B.C. Адсорбенты: получение, структура, свойства /B.C. Комаров, А.И. Ратько. Минск: Беларус. Навука, 2009. 256с.

3. Везенцев А.И. Физико-химические характеристики и природной и модифицированной глины месторождения поляна Белгородской области / А.И. Везенцев, C.B. Королькова, H.A. Воловичева.//Сорбционные и хроматогра-фические процессы, 2008. Т. 8. Вып. 5. С. 790-795.