Дезактивація рідких радіоактивних відходів, що містять Cs–137 та Sr–90, модифікованими глинистими сорбентами
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Дезактивація рідких радіоактивних відходів, що містять Cs–137 та Sr–90, модифікованими глинистими сорбентами
|
|
| Creator |
Петрова, Маріанна Анатоліївна
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 – екологічна безпека. – Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, Київ, 2011. Дисертаційне дослідження спрямоване на вдосконалення засобів підвищення екологічної безпеки поводження з рідкими радіоактивними відходами шляхом їх дезактивації сорбційним методом із застосуванням модифікованих глинистих сорбентів. Одержано нові сорбційні матеріали на основі бентонітових глин з нанесеними на поверхню неорганічними речовинами, селективними щодо Cs–137 та Sr–90. Визначено залежність граничної сорбції цезію та стронцію від способу модифікування бентоніту, реакції середовища, вмісту поверхневих речовин, концентрації конкуруючих іонів. Проведено інтерпретацію даних сорбції в рамках моделей адсорбції та обрані моделі, які оптимально описують процес. З’ясовано, що модифіковані глинисті сорбенти можуть бути застосовані для очищення рідких радіоактивних відходів від Cs–137 та Sr–90 у присутності натрію, кальцію, продуктів корозії обладнання та поверхнево–активних речовин. Запропоновано технологічну схему дезактивації рідких радіоактивних відходів, що містять солі натрію та кальцію та окреслено області її застосування. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 – экологическая безопасность. – Национальный технический университет Украины „Киевский политехнический институт”, Киев, 2011. Диссертационное исследование направлено на усовершенствование способов повышения экологической безопасности обращения с жидкими радиоактивными отходами путем их дезактивации сорбционным методом с применением модифицированных глинистых сорбентов. Получены новые сорбционные материалы на основе бентонитовых глин с нанесенными на поверхность неорганическими веществами, селективними к Cs–137 и Sr–90. Определена зависимость граничной сорбции от способа модифицирования бентонита, реакции среды, содержания поверхностно–активных веществ, концентрации конкурирующих ионов. Проведена интерпретация данных сорбции в рамках теоретических моделей адсорбции и выбраны модели, наиболее оптимально описывающие процесс. Установлено, что модифицированные глинистые сорбенты могут быть применены для очищения жидких радиоактивных отходов от Cs–137 и Sr–90 в присутствии натрия, кальция, продуктов коррозии оборудования (кобальта и мангана) и поверхностно–активных веществ. Предложена технологическая схема процесса дезактивации и определены области её применения. The thesis for Cand. Tech. Sci. degree by specialization 21.06.01 – Ecological safety. National Technical University of Ukraine „Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, 2011. The research aims to improve the methods of liquid radioactive wastes management by their decontamination via sorption removal on modified clay sorbents. The research objectives are to develop the essential principles of sorption method for treatment of Cs–137 and Sr–90 liquid radioactive waste when modified clay sorbents are used. The sorbents for radionuclides removal were first obtained by author via modification of bentonite clay which is waste from sulphur excavation. The modifying process used to enhance the sorption capacity is treatment of clay by chlorides of Fe(III), Cu(II), Ti(IV), Sn(V) and Sb(V). As a result of treatment, dissolution of calcium carbonates present in bentonite appears and hydroxides of Fe, Cu, Ti, Sn and Sb are deposited on clay surface. Samples modified with hydroxides of Ti, Sn and Sb are used as sorbent. Samples modified with Fe and Cu are treated with potassium ferrocyanide. As a result, Fe, Cu and CuK ferrocyanides are deposited on clay surface. The structural investigation (IR, XRD and SEM) of the synthesized materials has been carried out which proved that Ti, Sn and Sb are deposited on clay surface as hydroxides and Fe and Cu as ferrocyanides. Bentonite modified with ferrocyanides of Fe, Cu and CuK proved to be highly selective for Cs; ferrocyanides of Cu and CuK are also good sorbents for Sr. Bentonite modified with hydroxides of Ti, Sn and Sb are good for Sr removal. Sorption materials have been tested in static conditions for removal of stable Cs and Sr and for Cs–137 and Sr–90. The optimal conditions for the most effective treatment have been found. These are: periodical stirring rate 600 revo, sorbent application rate 10 g/dm3, optimal pH=4–9, contact time 3600 sec. The newly developed interface for isotherm fitting is presented, where the isotherm parameters are fitted employing the non–linear fitting method. The interface allows performing the residual analysis. Sorption of Cs and Sr closely agrees with isotherms of Redlich–Peterson, Toth, Langmuir–Freundlich and Langmuir. The fitting data are used to calculate the maximum sorption capacity of bentonite clay, which is 43 mg of Cs–137 and 16 mg per 1 g of CuK ferrocyanide and Ti hydroxide, respectively. The main characteristics and advantages of the modified bentonite as sorption materials are the following: sorbents can be used for cleaning of radioactive wastes which contain up to 5 ppt Na+ and 1 ppt Ca+, surfactants, products of corrosion (Co–60, Mn–54, etc.), suspended particles; Cs and Sr simultaniously. It is found that during treatment of liquid radioactive waste containing surfactants pH correction is required since sorption reduction is observed when pH is higher than 9.The efficiency of Cs removal is 99.99%, kd=2000–53000 ml/g; Sr removal 70–90%, kd =200–1000 ml/g. It has been proven, that modifying ions do not leach from bentonite, so secondary pollution with heavy metals will not take place. Desorption rates are very low, except for desorption of Sr–90 by HCl which is 85%. In other cases radionuclides are irreversibly fixed on clay matrix. For the first time it has been shown that the sorption on modified clay minerals is due to formation of complex between the nuclide and modifying agent. In case of Cs–137 sorption, the complex forms the strong bonds with clay surface which cannot be ruined in acid medium, unlikely those formed with Sr–90. The research is completed with an engineering solution which is the flowchart for liquid radioactive waste treatment and spent sorbent conditioning method. The process has 3 stages which respond for the certain nuclide (or salt and surfactant) removal. Owing to change of the sorbent in each stage, different types of waste can be treated. The flowchart can be used for treatment of liquid radioactive waste of Radon, special–purpose laundries, waters of Shelter, cooling ponds of spent nuclear fuel during decommissioning of nuclear power plants, cleaning of radioactive wastes of power and medical industry etc., cleaning of ground waters, technological solutions and radioactive wastes of soil decontamination. |
|
| Publisher |
НТУУ "КПІ"
|
|
| Date |
2011-04-12T09:04:49Z
2011-04-12T09:04:49Z 2011 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://library.kpi.ua:8080/handle/123456789/843
|
|
| Language |
uk
|
|