Эффективность улавливания радиоактивного метилиодида импрегнированным материалом «Карбопон»

УДК 621.039.75; 66.081.32

Тинт Наинг Лин, Мьйо Мин Маунг, А.В. Обручиков

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

ЭФФЕКТИВНОСТЬ УЛАВЛИВАНИЯ РАДИОАКТИВНОГО МЕТИЛИОДИДА ИМПРЕГНИРОВАННЫМ МАТЕРИАЛОМ «КАРБОПОН»

В работе изучена сорбционная способность углеродволокнистого материала «Карбопон», содержащего различные химические соединения, по отношению к радиоактивному метилиодиду. По результатам исследования установлено, что лучшими характеристиками обладают образцы, импрегнированные иодид-диазобициклооктаном бария. В то же время сравнительный анализ показал, что при одинаковой емкости сорбента эффективность работы фильтра на основе «Карбопона» существенно ниже, чем на основе «Бусофита».

The sorption capacity of the carbon fiber material "Karbopon" containing a various of chemical compounds to remove the radioactive methyl iodide was studied. The study found that the best characteristics have samples of barium iodide diazabicyclooctane impregnated. At the same time the comparative analysis showed that at identical capacity of a sorbent overall performance of the filter based on "Karbopon" significantly lower than on the basis of "Busofit".

В настоящее время довольно важным аспектом является проблема контроля газоаэрозольных выбросов при эксплуатации атомных электростанций (АЭС) и особенно выбросов радиоактивного иода. Для обеспечения эффективного контроля необходимо применение качественных аналитических фильтров, способных улавливать различные формы радиоиода, такие как аэрозольная, I2, HI и СН31. Основу таких аналитических фильтров чаще всего составляют сорбционно-фильтрующие материалы (СФМ), обладающие высокоразвитой удельной поверхностью, например, фильтрующие ленты СФЛ-2И-50, изготовленные из ультратонких перхлорвиниловых волокон с напыленным углем ОУ-А, содержащим азотнокислое серебро [1]. В последнее время все большее применение находят углеродволокнистые материалы из карбонизированной вискозной технической нити.

Целью работы являлось сравнение способности нетканого углеродволокнистого материала «Карбопон», импрегнированного различными соединениями, улавливать радиоактивный метилиодид, меченный изотопом I-131, из паровоздушных потоков. В качестве импрегнантов, улучшающих сорбционные характеристики СФМ, были применены триэтилендиамин (ТЭДА), иодид бария (BaI2), а также комплексное соединение иодид-диазобициклооктан бария.

Изучение сорбционной способности приготовленных образцов «Карбопона» проводилось на контрольно-исследовательском иодном стенде РХТУ им. Д.И. Менделеева [2] по методике, приведенной в работах [3, 4].

131

Паровоздушная смесь, содержащая СН3 I, подавалась в сорбент после его предварительного увлажнения потоком воздуха при условиях: 30,0±0,1 оС и 90,0±1,5% относительной влажности. Время контакта газа со всей

фильтрующей сборкой, состоящей из 3-х слоев импрегнированного материала, составляло 0,3 с. Радиоактивный метилиодид был выбран в качестве реперного агента на основании общепризнанного факта, что именно это соединение является наименее сорбируемым иодными фильтрами АЭС [5].

Сравнительные испытания сорбентов, содержащих по 100 мкмоль/г химических соединений, позволили рассчитать значения индекса сорбционной способности а. С увеличением времени подачи метилиодида сорбционная способность импрегнированных материалов изменялась, соответственно изменялись и индексы сорбционной способности (рис. 1).

Зависимость индекса а от количества поданного радиоиода имеет тенденцию к нелинейному снижению, связанному с уменьшением количества реакционноспособного импрегнанта в сорбенте.

Очевидно, что «Карбопон», содержащий иодид-диазобициклооктан бария, обладает лучшими сорбционными характеристиками по сравнению с образцами сорбентов, импрегнированных другими соединениями. По мере увеличения времени подачи метилиодида, индексы а уменьшаются от 17,8±0,3 с-1, достигая значения 4,6±0,3 с-1 при 32±2 мг поданного радиоиода.

Следует также отметить тот факт, что сорбенты, содержащие ТЭДА и Ва12. достигают предела насыщения по метилиодиду гораздо раньше, чем «Карбопон», импрегнированный иодид-диазобициклооктаном бария (рис. 2). В случае комплексного импрегнанта удаление радиоиода обусловлено, как процессами химического взаимодействия метилиодида с комплексом, так и

131

изотопным обменом между молекулами СН3 I и комплекса и изотопным обменом внутри молекулы комплекса [6].

Рис. 1. Изменение сорбционной Рис. 2. Кинетика накопления

способности «Карбопона» с увеличением метилиодида на импрегнированных

подачи радиоиода: 1 - ТЭДА; 2 - Ва12; сорбентах: 1, 2 - ТЭДА, Ва12 (показаны 3 - комплекс вместе); 3 - комплекс

Соответственно большая сорбционная емкость образца (см. кривая 3, рис 2), а также более высокие значения а, позволяют сделать заключение, что аналитические фильтры, изготовленные с использованием иодид-диазобициклооктана бария в качестве импрегнанта, будут обладать лучшей эффективностью и большим ресурсом эксплуатации.

В ранней работе [4] были исследованы образцы углеродволокнистого материала «Бусофит» с теми же импрегнантами и при тех же условиях на предмет их способности удалять СН31 из паровоздушных потоков. Поэтому целесообразным было бы сопоставить индексы сорбционной способности и емкость данных сорбентов по радиоиоду (рис. 3, 4).

0 20 40 60

m CH3I, мг

0 20 40 60 80 m CH3I, мг

Рис. 3. Индексы сорбционной способности Рис. 4. Кинетика накопления

в зависимости от количества поданного метилиодида лобовым слоем: 1 -

метилиодида: 1 - «Бусофит»; 2 - «Бусофит», 2 - «Карбопон», содержащие

«Карбопон», содержащие 100 мкмоль/г 100 мкмоль/г комплексного импрегнанта

комплексного импрегнанта

Из представленных рисунков видно, что емкость образцов по радиоактивному метилиодиду примерно одинакова, однако сорбционная способность импрегнированного «Бусофита» существенно больше, что, по всей видимости, связано с физическими характеристиками самих углеродволокнистых материалов.

Расчет удельной поверхности образцов «Карбопона» и «Бусофита» методом БЭТ на основании изотерм низкотемпературной адсорбции азота показал, что данные углеродволокнистые материалы обладают примерно одинаковой удельной поверхностью: 820 и 1040 см2/г соответственно. Удельная поверхность образцов определялась на установке QuadraSorb SI, РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Однако результаты электронной микроскопии показали, что распределение импрегнанта на поверхности материалов неодинаково (данные получены с помощью сканирующего электронного микроскопа Vega 3 Tescan, РХТУ им. Д.И. Менделеева). Существенная часть иодид-диазобициклооктана бария кристаллизуется в местах сочленения нескольких волокон «Карбопона», и размеры этих агломератов достаточно велики - 5060 мкм (рис. 5).

Кристаллы, образовавшиеся непосредственно на волокне меньше по размеру (5-7 мкм) и сопоставимы с размерами кристаллов в «Бусофите» (рис. 6). По всей видимости, этот факт и является определяющим в существенном отличии сорбционной способности двух углеродволокнистых материалов.

Рис. 5. Образец материала «Карбопон», импрегнированного 100 мкмоль/г комплексного соединения

Рис. 6. Образец материала «Бусофит», импрегнированного 100 мкмоль/г комплексного соединения

Таким образом, сравнительный анализ сорбционной способности двух материалов «Карбопон» и «Бусофит» при одинаковом содержании импрегнанта показал, что последний значительно лучше удаляет радиоактивный метилиодид из паровоздушных потоков.

1. Борисов Н.Б., Борисова Л.И., Старостина И.А., Петрянов И.В. Аналитическая лента СФЛ-2И-50 и фильтры АФАС-И для определения содержания радиоактивного иода в газовых средах // Гигиена и санитария, 1977, №9. С. 64-66.

2. Обручиков А.В., Широков В.В., Растунов Л.Н. Создание контрольно-исследовательсого иодного стенда // Успехи химии и химической технологии, 2008. Т. XXII, №8. С.9 - 12.

3. Лебедев С.М., Обручиков А.В., Растунов Л.Н. Определение индекса сорбирующей способности материала марки бусофит Т-040, импрегнированного иодид-диазобициклооктаном бария // Успехи химии и химической технологии, 2010.Т. XXIV, №7. С. 36-39.

4. Лебедев С.М., Обручиков А.В. Сорбция радиоактивного метилиодида на материале бусофит, импрегнированном различными соединениями // Успехи химии и химической технологии, 2011. Т. XXV, №6. С. 92 - 95.

5. Казаков В.А. Экспериментальные исследования выхода радиоактивного иода в технологические помещения АЭС при истечении теплоносителя первого контура // Радиационная безопасность и защита АЭС. М.: «Энергоатомиздат», 1983. Вып. 8. 49 с.

6. Богуш И.П., Листратов В.И., Полуэктов П.П., Растунов Л.Н., Репкина З.М. Модульный фильтр-адсорбер для улавливания радиоиода на АЭС / Тез. докл. Междунар. конф. «Воздух-2001», С-Петербург, 6-8 июня

Библиографические ссылки:

2001 г. С. 67-74.