Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИМПРЕГНИРОВАННОГО ЭЛАСТИЧНОГО СОРБЕНТА

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано в процессах очистки отходящих газов, в т.ч. на атомных станциях, а также в средствах индивидуальной защиты органов дыхания.

Известен способ получения углеродного нетканого материала, состоящего из волокон активного угля и металлической основы, пропиткой углеродсодержащих волокон огнестойким составом с последующей карбонизацией при температуре не менее 40°C, активацией при температуре не более 50°C и нанесением на металлическую основу (см. пат. США №4046505, кл. B01D 53/00, опубл. 1975).

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и количеству совпадающих признаков является способ получения импрегнированного эластичного сорбента путем пропитки карбонизованной эластичной основы на основе вискозного материала раствором каталитических добавок, в котором их концентрацию составляют: мас.%: меди - 0,3-0,4, хрома - 0,12-0,16, серебра - 0,01-0,02, а триэтилендиамина 0,05-0,08 при объемном соотношении основы и раствора 1:(14-18), термообработки при температуре 125-140°C и охлаждением термообработанного продукта со скоростью (1,5-4)°C/мин. (см. патент РФ №2 254 915, кл. С01В 31/08, опубл. 27.06.2005 г.). Недостатком указанного способа является низкая активность получаемого сорбента по улавливанию радионуклидов йода-131 (J¹³¹) и йодистого-131 метила (СН₃ J¹³¹). Этот способ принят за прототип предлагаемого изобретения.

Техническим результатом изобретения является повышение адсорбционной способности получаемого сорбента по улавливанию радионуклидов йода-131 и йодистого-131 метила.

Указанный технический результат достигается предложенным способом, включающим приготовление пропиточного раствора, пропитку эластичной основы, термообработку и охлаждение, причем в качестве основы берут эластичный активированный нетканый материал с суммарным объемом пор 0,60-0,68 см³/г и объемом микропор 0,25-0,30 см³/г, который пропитывают раствором, содержащим азотнокислое серебро и триэтилендиамин, а термообработку осуществляют при температуре 110-120°C, а содержание каталитических добавок в эластичном сорбенте составляет, мас.%:

серебро - 1-1,5;

триэтилендиамин - 1-1,4.

Отличие предложенного способа от прототипа заключается в том, что в качестве основы берут эластичный активированный нетканый материал с суммарным объемом пор 0,60-0,68 см³/г и объемом микропор 0,25-0,30 см³/г, который пропитывают раствором, содержащим азотнокислое серебро и триэтилендиамин, а термообработку осуществляют при температуре 110-120°C, а содержание каталитических добавок в эластичном сорбенте составляет, мас.%:

серебро - 1-1,5;

триэтилендиамин - 1-1,4.

Из научно-технической и патентной литературы авторам неизвестен способ получения импрегнированного эластичного сорбента, в котором в качестве основы берут эластичный активированный нетканый материал с суммарным объемом пор 0,60-0,68 см³/г и объемом микропор 0,25-0,30 см³/г, который пропитывают раствором, содержащим азотнокислое серебро и триэтилендиамин, а термообработку осуществляют при температуре 110-120°C, а содержание каталитических добавок в эластичном сорбенте составляет, мас.%:

серебро - 1-1,5;

триэтилендиамин - 1-1,4.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Поглощение радиоактивных газов в эластичных импрегнированных сорбентах осуществляется как за счет их связывания каталитическими добавками, так и адсорбции в объеме микропор, поэтому важно подобрать как тип хемосорбционных добавок, так и оптимизировать их количество в пористой эластичной основе. Способ осуществляется следующим образом: готовят пропиточный раствор путем растворения в дистиллированной воде азотнокислого серебра (AgNO₃) и триэтилендиамина (C₆H₁₂N₂) с таким расчетом, чтобы концентрация раствора азотнокислого серебра составляла 0,004 г/дм³, а триэтилендиамина соответственно 0,004 г/дм³. Затем берут эластичный активированный нетканый материал, имеющий суммарный объем пор 0,6-0,68 см³/г при развитии объема микропор 0,25-0,3 см³/г. Пропитку осуществляют путем пропускания ткани через ванну с пропиточным раствором. Скорость движения полотна в ванне от 2 до 4 м/час, что обеспечивает время пребывания эластичной основы в растворе 15-20 мин. Импрегнированная эластичная основа поступает на ленточный транспортер, с помощью которого подается в горизонтальную печь для термообработки, которую осуществляют при температуре 110-120°C. Продолжительность сушки 30-40 минут.

Выходящий из печи готовый импрегнированный эластичный сорбент складывается «гармошкой» на приемном столе и охлаждается.

Адсорбционная способность полученного сорбента составила по радиоактивному йоду-131 120-140 мг/г, а по радиоактивному йодистому-131 метилу, выраженная в виде коэффициента проницаемости при испытаниях в стандартных условиях (МИ 6-16-28-1198-88) - 0,05%.

Пример 1.

Готовят пропиточный раствор путем добавления к 20 л дистиллированной воды или конденсата 0,8 кг азотнокислого серебра и 0,8 кг триэтилендиамина и перемешивают раствор до полного растворения соли и амина. После тщательного перемешивания концентрация в пропиточном растворе азотнокислого серебра составляет 0,004 г/дм³, а триэтилендиамина соответственно 0,004 г/дм³. Затем берут два квадратных метра эластичного активированного нетканого материала с суммарным объемом пор 0,60 см³/г и объемом микропор 0,25 см³/г и протягивают через ванну с приготовленным пропиточным раствором со скоростью 2-4 м/час. Затем пропитанную основу подают в горизонтальную печь для термообработки, которую осуществляют при температуре 110°C в течение 30-40 мин. Содержание серебра в готовом сорбенте составило 1,5%, а триэтилендиамина - 1,4%. Адсорбционная способность полученного импрегнированного эластичного сорбента по радиоактивному йоду-131 составила 128 мг/г, а коэффициент проницаемости по радиоактивному йодистому-131 метилу составил 0,05%.

Пример 2.

Осуществление процесса ведут как в примере 1, за исключением того, что берут два квадратных метра эластичного активированного нетканого материала с суммарным объемом пор 0,68 см³/г и объемом микропор 0,30 см³/г, термообработку проводят при 120°C при содержании серебра в готовом импрегнированном эластичном сорбенте 1%, а триэтилендиамина, соответственно, также 1%. Адсорбционная способность импрегнированного эластичного сорбента по радиоактивному йоду-131 составила 120 мг/г, а коэффициент проницаемости по радиоактивному йодистому-131 метилу - 0,04%.

Пример 3.

Осуществление процесса ведут как в примере 1, за исключением того, что берут два квадратных метра эластичного активированного нетканого материала с суммарным объемом пор 0,65 см³/г и объемом микропор 0,27 см³/г, термообработку проводят при температуре 115°C при содержании серебра в готовом импрегнированном эластичном сорбенте 1,25%, а триэтилендиамина - 1,20%. Адсорбционная способность импрегнированного эластичного сорбента по радиоактивному йоду-131 составила 140 мг/г, а коэффициент проницаемости по радиоактивному йодистому 131 метилу - 0,03%.

Если суммарный объем пор более 0,68 см³/г, то снижается прочность основы, если же суммарный объем пор менее 0,60 см³/г, то ухудшаются условия пропитки и часть добавок остается на поверхности.

Если объем микропор менее 0,25 см³/г, то снижается сорбция радионуклидов, а если более 0,30 см³/г, то уменьшается объем транспортных пор и ухудшается кинетика поглощения (увеличивается время сорбции).

В результате многочисленных экспериментов удалось подобрать оптимальные интервалы температуры термообработки и содержание хемосорбционных добавок. При температуре термообработки выше 120°C идет частичная деструкция триэтилендиамина, что повышает коэффициент проницаемости радиоактивного йодистого-131 метила.

С другой стороны, при температуре термообработки ниже 110°C увеличивается время удаления влаги и формирование комплекса с оксидом серебра. Что касается содержания каталитических добавок в готовом импрегнированном эластичном сорбенте, то при содержании серебра более 1,5%, а триэтилендиамина более 1,4% идет значительная блокировка объема микропор, что ухудшает процесс адсорбции и снижает эффективность очистки по радиоактивному йоду-131 и радиоактивному йодистому-131 метилу.

При содержании серебра менее 1% падает скорость изотопного обмена по радиоактивному йоду-131, а при содержании триэтилендиамина менее 1% снижаются защитные характеристики по радиоактивному йодистому-131 метилу, что приводит к возрастанию коэффициента проницаемости по указанному соединению.

Импрегнированный эластичный сорбент, полученный по известному способу - прототипу (см. пат. РФ №2254915, кл. B01J 20/20, С01В 31/08, опубл. 27.06.2005 г.), имеет адсорбционную способность по радиоактивному йоду-131 62-70 мг/г, а коэффициент проницаемости по радиоактивному йодистому 131 метилу составил 0,08-0,09%.

Таким образом, из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели, и вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.