×
29.03.2019
219.016.eeaa

СПОСОБ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ, ПОЧВ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТОКСИЧНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области охраны окружающей среды. Сущность изобретения: способ нейтрализации металлических поверхностей, почв и водных растворов, загрязненных токсичными веществами, включающий окисление загрязненных токсичными веществами металлических поверхностей, почв, водных растворов окислительными реагентами. При этом в качестве окислительных реагентов применяют раствор азотной кислоты и пероксида водорода с концентрацией на уровне 4-5 мас.%. При окислении используют окислительные реагенты по отношению к примесям токсичного соединения в соотношении, превышающем их стехиометрические количества в три раза. Преимущества изобретения заключаются в повышении степени очистки и безопасности способа. 6 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано в химической, металлургической и оборонной отраслях промышленности при очистке почв и водных сред от одного из компонентов ракетного топлива (КРТ) - несимметричного диметилгидразина (НДМГ) и продуктов его трансформации.

В качестве компонентов горючего в ракетной технике используется НДМГ, который в технике называется еще и как "гептил". НДМГ представляет собой соединение, обладающее высокой токсичностью. Так, ПДК для воздуха рабочей зоны составляет 0,1 мл/м3, для воды водоемов - 0,02 мл/л (Колла В.Э., Берлинский И.С.Фармакология и химия производных гидразина, Йошкар-Ола, 1976, 264 с.).

Хранение, транспортирование НДМГ осуществляется в герметических емкостях, изготовленных из стали и ее сплавов, в которых поддерживается избыточное давление азота или другого газа.

Одной из важных проблем, возникающих при использовании НДМГ в качестве горючего, является загрязнение окружающей среды. Остатки НДМГ, в отделяющихся частях ракеты-носителя (ОЧРН), при падении на поверхность создают угрозу здоровью населения, загрязняют окружающую среду. Наибольшую опасность представляют РН "Протон", первая и вторая ступени которой в сумме содержат более 2 т высокотоксичного НДМГ, попадающего на поверхность Земли, частично рассеивающегося в атмосфере при падении отработанных ступеней. В настоящее время отсутствуют эффективные технологии очистки загрязненных НДМГ конструкций, почвы, поверхностных вод, поверхностей ОЧРН. Все существующие технологии можно условно разделить на три группы: термические, методы глубокого окисления НДМГ до элементарных составляющих, методы использования водных растворов, содержащих активные вещества, которые реагируют с НДМГ и в одном случае образуют нерастворимые или малорастворимые комплексы, а в другом - способствуют разложению до более простых по своему составу соединений (Сборник методик. Охрана природы. Л., Гидросфера., 1985 г., 9 стр.). Термическую обработку ОЧРН проводят открытым пламенем с применением свободно горящего факела углеводородного горючего, а также специальной термической камере (Артамонов Д.Г., Пимкин В.Г. Отчет о НИР "Экспериментальная отработка технологий обезвреживания грунта и фрагенты изделий, загрязненных токсичными компонентами".). Однако, несмотря на достаточно эффективное устранение НДМГ на поверхности и в полостях изделия, процесс сгорания происходит не полностью. При сжигании большого количества горючего образуется восходящий "термик", включающий пары НДМГ и продукты их неполного сгорания. В дальнейшем аэрозоли конденсируются, что приводит к вторичному загрязнению окружающей среды.

Другая разновидность методов включает использование водных растворов, содержащих активные вещества, в частности мета-нитробензойную кислоту, которая при определенных величинах рН-среды образует с НДМГ комплексное соединение в виде твердой фазы. Растворы, загрязненные НДМГ, далее согласно предложенному методу подвергаются термическому обезвреживанию в специальной печи (А.К.Буряк, Научно-технический отчет о составной части ОКР "Обновление". Разработка и экспериментальная отработка методических предложений по очистке от горючего НДМГ металлических емкостей и систем сооружений УЗП", этап 2, книга 2, М. 2002 г. ИФХ РАН, 2002 г, 55 стр.).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ детоксикации, основанный на глубоком окислении НДМГ до элементарных составляющих. Так, для нейтрализации НДМГ на поверхности ОЧРН, металлоконструкций, стен укрытий и т.д. применяют пероксид кальция, при разложении которого выделяется атомарный кислород, который участвует в реакции разложения НДМГ. Суммарные уравнения при этом имеют вид

Для получения одного моля кислорода требуется два моля пероксида кальция. Как следует из уравнений (3)-(5) на 1 моль НДМГ расходуется по стехиометрии 4 моля кислорода, а на 1 моль НДМА и ДМА, расходуется примерно по 3,38 моля при полноте окисления токсикантов, соответственно. Содержание НДМГ, НДМА, ДМА в пробах почв через трое суток снижается на 54,4, 55,6, 54,1%, т.е. примерно в два раза (Кручинин Н.А., и др. Патент России №2095105 от 10.11.97 г.). С использованием пероксида кальция, включая фосфаты щелочных металлов и кальцинированную соду, проводили детоксикацию почвы от ароматических соединений (Biomanagement Inc. Пат. США №6268205 А от 31.07.2001 г.).

Недостатком данного способа нейтрализации металлических поверхностей и детоксикации почвы является низкая степень очистки загрязненных участков, длительный процесс детоксикации. Производительность процесса очистки низкая ввиду слабой растворимости пероксида кальция в воде (0,1 мг/л). Все это приводит к удорожанию технологии детоксикации, увеличению расхода реагента - пероксида кальция, установке дополнительного оборудования, увеличению расхода воды.

Целью изобретения является создание эффективной и технически простого способа нейтрализации металлических и других поверхностей, растворов и сред, загрязненных токсичными веществами с помощью перекисного соединения и кислоты, отличающийся тем, что в качестве перекисного неорганического соединения используют пероксид водорода, а в качестве кислоты - водный раствор азотной кислоты в количествах в 3 и более раз превышающих необходимое стехиометрическое соотношение.

Детоксикацию водных растворов и почв, содержащих НДМГ, осуществляют методом глубокого окисления их смесью растворов азотной кислоты и пероксида водорода. Эксперименты по нейтрализации с участием окислителей проводили на различных объектах: почвах и водных растворах, образующихся при отмывке загрязненных металлических поверхностей. Для реализации поставленной задачи использовали соединения, которые входят в состав ракетного топлива - пероксид водорода и азотную кислоту. В концентрированном состоянии эти компоненты, в смеси с НДМГ, создают реактивную тягу в ступени ракеты-носителя космического аппарата за короткий промежуток времени. Разбавление водой этих компонентов (НДМГ и окислителя) приводит к снижению скорости реакции окисления и способствует повышению конверсии НДМГ.

В случае детоксикации почвы, загрязненной НДМГ, воздействуют на загрязненные участки растворами азотной кислоты и (или) пероксида водорода, затем для лучшего контакта проводят перекапывание грунта. Продуктами детоксикации являются аммониевые соли и нитраты, которые по своей природе представляют минеральные удобрения, а также азот, диоксид углерода и пары воды. Таким образом продукты детоксикации способствуют улучшению экологической обстановки в районах падения отделяющихся ступеней ракет-носителей.

Результаты детоксикации по заявляемому способу проиллюстрированы нижеприведенными экспериментальными данными.

Пример 1. Обработка грунта

В таблице 1 приведены результаты экспериментов по нейтрализации участка земли, загрязненного НДМГ, с помощью азотной кислоты и смеси пероксида и азотной кислоты. В качестве объекта для проведения испытаний на космодроме "Байконур" был выбран участок площадью 10×10 м2 (площадка 91 ЗНС КБТХМ). На участок были нанесены репперные точки, отмеченные колышками в количестве 9 проб-точек и одной контрольной пробы (10), отобранной за пределами участка. Эксперименты проводили при восточном ветре (скорость=10-12 м/с) и температуре воздуха +14°С. Перед обработкой участка проводили отбор 10 проб (серия 1). После отбора проб участок обрабатывали водным раствором НДМГ (в расчете 10 мл на 10 л воды). Затем с репперных точек осуществляли отбор 9 проб почвы (серия 2).

Далее участок вскапывали, обрабатывали раствором азотной кислоты концентрацией 4,9 мас.% в количестве 20 л. Уровень загрязнения почвы соответствовал предельно-допустимому уровню НДМГ для почвы, равному 0,1 мг/кг.

В таблице 2 представлены результаты нейтрализации грунта, загрязненного НДМГ, с помощью пероксида водорода и/ или азотной кислоты на участке загрязненном НДМГ. Участок обрабатывали сначала пероксидом водорода, затем водным раствором азотной кислоты. Почву перекапывали и через один час отбирали на анализ НДМГ.

Ниже представлена схема участка с координатами и точками отбора проб (х - №№1-10).

Таблица 1
Результаты нейтрализации участка почвы, загрязненного НДМГ, с помощью азотной кислоты
№ точки отбораОпределяемые показателиКоличество НДМГ в почве, мг/кгКоличество НДМГ в почве после обработки азотной кислотой
до обработки
1.НДМГ0,100,0
2.-≪-0,120,0
3.-≪-0,120,0
4.-≪-0,140,0
5.-≪-0,130,0
6.-≪-0,100,0
7.-≪-0,00-
8.-≪-0,040,0
9.-≪-0,0250,0
10.-≪-0,00-
11.-≪0,14X0,0
12.-≪-0,14XX0,1
Примечание: обработку НДМГ и нейтрализацию азотной кислотой участка отбора пробы №10 не проводили
X обработку проводили 6%-ной азотной кислотой(пример №11)
XX обработку проводили 3,5%-ной азотной кислотой (пример №12)

Таблица 2
Результаты нейтрализации грунта, загрязненного НДМГ, с помощью пероксида водорода и/или азотной кислоты
№ точка отбора пробИсходное количество НДМГ в грунте, мг/кгКонцентрация реагента в используемом водном растворе, % мас.Расход водного раствора, л/м2Степень превращения НДМГ, % мас.
H2O2HNO3
1.1,5553/1100,0
2.1,510103/1100,0
3.1,5333/171,5
4.0,5553/1100,0
5.0,510103/1100,0
6.0,5333/183,4
7.3,0553/195,6
8.3,010103/1100,0
9.3,0333/156,4
10.Обработку НДМГ и нейтрализацию пероксидом водорода и азотной кислотой не проводили

Схема участка

Как видно из таблиц 1 и 2, после нейтрализации пероксидом водорода и азотной кислотой содержание НДМГ в пробах почвы значительно снижается или практически отсутствует.

Пример 2. Нейтрализация водных растворов

В таблице 3 представлены результаты нейтрализации водных растворов, содержащих НДМГ, в присутствии добавок азотной кислоты и пероксида водорода в течение различных промежутков времени. Из таблицы 3 следует, что при нейтрализации водных растворов, содержащих НДМГ, в течение 24 часов и более разложение его протекает на 100%.

В таблице 4 представлены результаты нейтрализации водных растворов, содержащих НДМГ, в присутствии добавок пероксида водорода и/или азотной кислоты. Растворы азотной кислоты готовили из реактивной 56%-ной концентрированной кислоты и 30%-ного раствора пероксида водорода. Использованные растворы содержат на 5,4 массовых долей (в расчете на 100%-ную азотную кислоту) кислоты 94,6 массовых долей воды. Аналогично, на 5 массовых долей пероксида водорода (в расчете на 100%-ный пероксид водорода) приходится 95 массовых долей воды.

Таблица 3
Нейтрализация водных растворов, содержащих НДМГ, в присутствии добавок азотной кислоты и пероксида водорода.
№ п/пКонцентрация детокси кантаНомер раствораВремя выдержжки, чИсходное количество НДМГ, мг/лКоличество НДМГ после обработки, мг/лСтепень превращения НДМГ %
1.5% HNO3110,100,0100,0
2.5,4% HNO31720,160,0100,0
3.5,4% HNO317212,987,641,50
4.5,4% HNO3119212,840,0100,0
5.5,4% HNO32725,894,5123,40
6.5,0% Н2O2110,100,00100,0
7.5,0% Н2О22245,263,5133,20
8.5,0% Н2O22246,670,00100,0
9.5,0% Н2O22246,220,00100,0
10.5,0% Н2O22485,780,00100,0
11.5,0% Н2O22486,430,00100,0
12.5,0% Н2O219615,6411,01100,0
13.3,0% Н2O2114,504,500,0
14.6,0% Н2O2114,500,0100,0

Раствор №2 стабилизирован 0,01 М серной кислотой

Таблица 4
Нейтрализация водных растворов, содержащих НДМГ, в присутствии добавок пероксида водорода и/или азотной кислоты
№ точки отбора пробКонцентрация реагента-детоксиканта в растворе %мас.Время выдержки, после смешивания двух реактивов, чИсходное количество НДМГ, мг/лКоличество НДМГ после обработки, мг/лСтепень превращения НДМГ, %
Пероксид водородаАзотная кислота
1551,05,00,0100,0
551,025,00,0100,0
551,050,00,0100,0
2331,05,04,2525,0
1,025,020,1119,6
1,050,042,7014,6
310101,05,00,0100,0
1,025,00,0100,0
1,050,00,0100,0
45-1,025,012,550,0
-51,025,019,123,6
53-1,025,020,119,6
-31,025,022,410,4
610-1,025,018,725,2
-101,025,014,342,8
7550,55,00,5389,4
551,050,027,844,4
8111,05,04,118,0
15150,550,00,0100,0
915150,530,00,0100,0
15--50,04,990,2
10-150,550,026,147,8

Такие высокие показатели проявил и пероксид водорода. При этом следует отметить, что концентрацию реагентов следует поддерживаться на уровне 5 мас.% по отношению к раствору. В случае увеличения концентрации окислителя (азотной кислоты и пероксида водорода) происходит образование композиции, обладающей взрыво- и пожароопасными свойствами. Количество нейтрализатора следует поддерживать с помощью дополнительных свежих добавок его на исходном уровне. В таблице №5 показана низкая способность тех растворов азотной кислоты, где исходная концентрация окислителя поддерживалась на исходном уровне ниже 5 мас.% (порядка 2-3 мас.%). Данные, приведенные в таблице №6, свидетельствуют о снижении почти на порядок концентрации НДМГ при использовании 5%-ных растворов, по сравнению с 2%-ными растворами азотной кислоты. Из представленных экспериментальных данных следует, что предложенный способ детоксикации позволяет очищать от НДМГ как участки почв, так и водные среды.

Таблица 5
Изменение концентрации НДМГ растворов, подвергнутых детоксикации с помощью 5%-ных растворов Н2О2.
№ растворовИзменение концентрации мл/лНДМГ во времени,
9 суток11 суток12 суток
Р-р №22,512,32,05
Р-р№19,028,48,2
Таблица 6
Изменение концентрации НДМГ в водных растворах азотной кислоты различной концентрации в течение 24 часов.
Исходная концентрация НДМГ, мг/лПосле обработки 2% азотной кислотойПосле обработки 5% азотной кислотой
Содержание НДМГ, мг/л (%)0,217 (100,0)0,162 (75,1)0,031 (14,8)

Способнейтрализацииметаллическихповерхностей,почвиводныхрастворов,загрязненныхтоксичнымивеществами,включающийокислениезагрязненныхтоксичнымивеществамиметаллическихповерхностей,почв,водныхрастворовокислительнымиреагентами,отличающийсятем,чтовкачествеокислительныхреагентовприменяютрастворазотнойкислотыипероксидаводородасконцентрациейнауровне4-5мас.%,априокислениииспользуютокислительныереагентыпоотношениюкпримесямтоксичногосоединениявсоотношении,превышающемихстехиометрическиеколичествавтрираза.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-5 из 5.
29.03.2019
№219.016.eed0

Способ удаления компонентов ракетного топлива с металлических поверхностей и оборудования

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано в оборонной, химической и металлургической промышленности. Способ включает обработку поверхности водным раствором реагента, при этом в качестве реагента используют смесь растворимых в воде фосфатов щелочных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002260073
Дата охранного документа: 10.09.2005
29.03.2019
№219.016.ef87

Способ работы топливной системы летательного аппарата и устройство для его реализации

Изобретение относится к ракетной и авиационной технике, а именно к топливным системам летательных аппаратов. Изобретение включает способ работы топливной системы и устройство для его реализации, состоящее из последовательно соединенных трубопроводами топливных баков, очередность выработки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002249710
Дата охранного документа: 10.04.2005
29.05.2019
№219.017.63b3

Материал для защиты от космической радиации

Изобретение относится к области защиты от ионизирующего излучения. Сущность изобретения: материал для защиты от космической радиации содержит подслой в виде раствора полибутилтитаната или раствора элементоорганических соединений и слой покрытия из материала, содержащего в качестве матрицы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002275704
Дата охранного документа: 27.04.2006
29.05.2019
№219.017.6415

Способ детоксикации несимметричного диметилгидразина и продуктов его трансформации в воздушной, водной и грунтовых средах

Изобретение относится к способам детоксикации несимметричного диметилгидразина и продуктов его трансформации в воздушных выбросах, водной и грунтовых средах. Способ включает обработку несимметричного диметилгидразина и продуктов его трансформации окислителем. В качестве окислителя используют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002282486
Дата охранного документа: 27.08.2006
19.06.2019
№219.017.84c6

Способ размещения подземного объекта

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при размещении ракет в подземных сооружениях. Сущность изобретения заключается в том, что предполагаемое место расположения объекта накрывают съемным технологическим укрытием, обеспечивающим маскировку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002240484
Дата охранного документа: 20.11.2004
Показаны записи 1-10 из 17.
10.12.2013
№216.012.889f

Способ очистки бетона от аммиака

Изобретение относится к области очистки бетонных изделий от токсичных летучих веществ и может быть использовано для снижения эмиссии аммиака из бетонных стен и перекрытий в жилых и производственных помещениях. Технический результат - повышение эффективности очистки бетона от аммиака. В способе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500657
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.03.2014
№216.012.a9c8

Способ очистки контейнеров жидкостных ракет после пуска от компонентов топлива

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано в химической, металлургической и оборонной отраслях промышленности при очистке от компонентов ракетного топлива. В способе осуществляют очистку контейнеров жидкостных ракет после пуска от компонентов топлива, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509179
Дата охранного документа: 10.03.2014
10.04.2014
№216.012.afb0

Способ очистки бетона от карбамида

Изобретение относится к области очистки бетонных изделий от токсичных веществ и может быть использован, преимущественно, для снижения содержания карбамида в бетонных стенах и перекрытиях в жилых и производственных помещениях. Способ заключается в том, что используют водный раствор соли...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510691
Дата охранного документа: 10.04.2014
27.07.2014
№216.012.e435

Каталитическая система в процессе термолиза тяжелого нефтяного сырья и отходов добычи и переработки нефти

Изобретение относится к каталитической системе в процессе термолиза тяжелого нефтяного сырья и отходов добычи и переработки нефти в виде магнитного продукта, при этом магнитный продукт состоит из частиц окиси железа FeO и/или оксида железа FeO, фракционированных по размеру в диапазоне от 0,002...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524211
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.10.2015
№216.013.895b

Установка по утилизации отходов мазутного производства и мазутных нефтешламов

Изобретение относится к технологическим процессам переработки отходов мазутного производства и мазутных нефтешламов и может быть использовано для получения набора нефтепродуктов - битума, бензина, дизельного топлива и индустриального масла. Установка содержит трубопроводы, оснащенные насосами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566766
Дата охранного документа: 27.10.2015
12.01.2017
№217.015.632a

Рефрактометрический детектор с лазерным модулем и хроматографическим трактом в безметаллическом исполнении для жидкостной хроматографии и способ детектирования органических и неорганических веществ рефрактометрическим детектором

Рефрактометрический детектор содержит измерительный оптико-механический блок, включающий оптически связанные источник света, объектив, щелевую диафрагму, проточную кварцевую кювету, призму в виде трапеции с острыми углами 45° для юстировки детектора, плоскопараллельную кварцевую пластину...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002589374
Дата охранного документа: 10.07.2016
19.01.2018
№218.016.0351

Способ подготовки компонентов топлива для заправки двигательных установок ракетной техники

Изобретение относится к ракетной технике и может использоваться для подготовки ракетного топлива. Способ подготовки компонентов ракетного топлива для заправки двигательных установок ракетной техники включает процесс термостатирования и газонасыщения. Процесс термостатирования и газонасыщения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630347
Дата охранного документа: 07.09.2017
29.03.2019
№219.016.f7eb

Способ термической утилизации промышленных и бытовых отходов и установка для его реализации

Изобретение относится к области переработки бытовых и промышленных отходов, а именно к способам и устройствам термической утилизации промышленных и бытовых отходов с образованием шлакового расплава, и может быть использовано в коммунальном хозяйстве и промышленности для утилизации отходов. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002466332
Дата охранного документа: 10.11.2012
05.04.2019
№219.016.fd50

Способ определения суммарного содержания f-, cl- и br-органических соединений в волосах на уровне следов

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для определения содержания галогенорганических соединений в волосах человека и касается экологического контроля загрязнения внутренней среды человека. Для этого проводят кратковременную промывку пробы волос...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683938
Дата охранного документа: 03.04.2019
29.05.2019
№219.017.63e2

Способ детоксикации ракетного топлива в почвенных и водных средах

Изобретение относится к области производства военной и химической промышленности. Создан сорбент-катализатор, основу которого составляет шелуха злаковых растений, на которую нанесены окислительные агенты в виде шлама металлургического производства в растворе ортофосфорной кислоты. Изобретение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002262996
Дата охранного документа: 27.10.2005
+ добавить свой РИД