Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

бондарь 20.10.2017

59 views

Published on

бондарь 20.10.2017

Published in: Engineering
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

бондарь 20.10.2017

  1. 1. НОВЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ СОРБЕНТЫНОВЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОГО ВЫДЕЛЕНИЯДЛЯ СЕЛЕКТИВНОГО ВЫДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ ИЗ ЗАГРЯЗНЕННЫХРАДИОНУКЛИДОВ ИЗ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОДВОД Ю.В. Бондарь, Д.О. Богачева, С.В. Кузенко   ГУ «Институт геохимии окружающей среды НАН Украины», г. Киев Харьков, 18-20 октября 2017
  2. 2. Актуальной задачей дальнейшего развития атомной энергетики является поиск экологически приемлемого решения проблемы обращения с жидкими радиоактивными отходами (ЖРО). Наибольшую экологическую опасность представляют ЖРО низкого и среднего уровня активности как в связи с большим объемом накопленных отходов, так и их высокой суммарной активностью Одним из рассматриваемых вариантов решения проблемы является селективное извлечение долгоживущих радионуклидов (137 Cs, 90 Sr и др.) из ЖРО до уровня, допускающего последующий сброс очищенных вод в окружающую среду. Разработка новых эффективных сорбционных материалов, таким образом, приобретает особую актуальность. Для успешного внедрения они должны иметь такие характеристики как селективность, высокая чувствительность, способность обеспечить очистку больших объемов загрязненных вод и невысокая стоимость.
  3. 3. Ионообменные смолы; Модифицированные полимерные волокна с функциональными группами Неорганические сорбенты Органические сорбенты Стратегия: Синтез композитных сорбентов путем осаждения / внедрения) неорганических нано(микро)частиц на (в) твердые неорганические (силикагель, цеолиты, гидроксиды титана и циркония, глины, или органические (гранулы, волокна, ткани) матрицы Недостатки: Синтезируются в виде мелкодисперсных частиц, которые быстро агломерируются и теряют сорбционную способность Преимущества: Химическая и механическая стойкость, высокая сорбционная емкость, низкое гидравлическое сопротивление, невысокая стоимость Почему композитные сорбенты ? Преимущества: Селективность, чувствительность, термическая (и радиационная) стойкость Недостатки: Невысокая селективность, деградация органической матрицы, трудности утилизации Нерастворимые соли (ферроцианиды фосфаты); Гидроксиды поливалентных металлов (Fe2O3xnH2O, TiO2xnH2O, MnO2, Sb2O5…); Смешанные гидроксиды (Na4Ti9O20…); Соли гетерополикислот ((NH4)3PMo12O40) Fe(CN)6],
  4. 4. Почему композиты на основе полимерных волокон?
  5. 5. Сорбениты для селектовного связыванияСорбениты для селектовного связывания 137137 CsCs Ферроцианид K2Ni[Fe(CN)6] in situ формирование ферроцианидного слоя на поверхности волокон Метод:
  6. 6. КОМПОЗИТНЫЕ ВОЛОКНА ПАН-KNiКОМПОЗИТНЫЕ ВОЛОКНА ПАН-KNi ФЕРРОЦИАНИДФЕРРОЦИАНИД Композитные ПАН волокна сКомпозитные ПАН волокна с осажденным слоем KNi ферроцианидосажденным слоем KNi ферроцианид
  7. 7. Резальтаты: композитные ПАН- KNi ФСРезальтаты: композитные ПАН- KNi ФС волокнаволокна
  8. 8. Резальтаты: композитные ПАН- KNi ФСРезальтаты: композитные ПАН- KNi ФС волокнаволокна
  9. 9. Резальтаты: композитные ПАН- KNi ФСРезальтаты: композитные ПАН- KNi ФС волокнаволокна
  10. 10. Резальтаты: композитные ПАН- KNi ФСРезальтаты: композитные ПАН- KNi ФС волокнаволокна Химическая устойчивостьАдсорбция Cs
  11. 11. Резальтаты: композитные ПАН- KNi ФСРезальтаты: композитные ПАН- KNi ФС волокнаволокнаАдсорбция ионов Cs из высокосолевых растворов Композитные волокна характеризуются высокой селективностью по отношению к ионам Cs в присутствии большого избытка конкурирующих
  12. 12. Резальтаты: композитные ПАН- KNi ФСРезальтаты: композитные ПАН- KNi ФС волокнаволокнаАдсорбция ионов 137 Cs из высокосолевых растворов Композитные волокна характеризуются высокой селективностью по отношению к радионуклидам Cs в присутствии большого избытка конкурирующих ионов Na и K
  13. 13. Выводы: композитные ПАН- KNi ФСВыводы: композитные ПАН- KNi ФС волокнаволокна
  14. 14. Композитные полипропиленовыеКомпозитные полипропиленовые волокна с осажденным слоем KNiволокна с осажденным слоем KNi ферроцианидферроцианид
  15. 15. Результаты: Композитные волокна ПП-Результаты: Композитные волокна ПП- KNi ФСKNi ФС
  16. 16. Результаты: Композитные волокна ПП-Результаты: Композитные волокна ПП- KNi ФСKNi ФСАдсорбция Cs Адсорбция Cs в присутствии ионов Na
  17. 17. Результаты: Композитные волокна ПП-Результаты: Композитные волокна ПП- KNi ФСKNi ФС Адсорбция 137 Cs из высокосолевого раствора
  18. 18. Выводы: композитные ПП- KNi ФСВыводы: композитные ПП- KNi ФС волокнаволокна
  19. 19.  Особый интерес представляет синтез современных материалов на основе диоксида марганца. В качестве сорбента для тяжелых металлов и радионуклидов, а также в процессах каталитического окисления как органических, так и неорганических загрязнителей хорошо зарекомендовал себя диоксид марганца со структурой бирнессита (birnessite) – δ-MnO2.  Бирнессит имеет слоистую структуру с типичным межслоевым расстоянием ~ 7 Å, где каждый слой представляет собой сетку соединенных вершинами октаэдров [MnO6].  Марганец в бирнессите находится в степенях окисления +4 и +3. Это приводит к появлению отрицательного заряда на металлоксидных слоях, который компенсируется за счет вхождения различных катионов (Na+ , K+ , Ca2+ и др.) и молекул воды в межслоевое пространство, что придает бирнесситу ярко выраженные катионообменные и каталитические Сорбениты для селектовного связыванияСорбениты для селектовного связывания 137137 CsCs
  20. 20. Исходные волокна - модифицированные полиакрилонитрильные (ПАН) волокна с карбоксильными группами Почему полиакрилонитрильные (ПАН) волокна? Химическая, термическая и радиационная устойчивость ПАН матрицы; Возможность модификации нитрильных групп с получением ионообменных групп; Невысокая стоимость ПАН волокон. NaOHNaOH Схема синтеза СЭМ (JSM­6490LV (JEOL)), ИК-Фурье спектрометрия («Spectrum One» (Perkin Elmer), рентгеновская дифракция (ДРОН-3 ), спектрофотометрия (DR 2800 (Hach Lange) Методы анализа Синтез: композитные ПАН- MnOСинтез: композитные ПАН- MnO22 волокнаволокна
  21. 21. После in situ формирования слоя MnO2 цвет композитных волокон изменился на черный, а текстура стала шероховатой. Диоксид марганца осаждается на поверхность волокон в виде равномерного слоя, состоящего из плотно прилегающих друг к другу наноагрегатов (50-70 нм) округлой формы. Результаты микроанализа показали в осажденном слое присутствие элементов Na, K, Mn, O, соответствующих составу К-Na бирнессита. Резальтаты: композитные ПАН- MnOРезальтаты: композитные ПАН- MnO22 волокнаволокна
  22. 22. Типичная рентгеновская дифрактограмма и ИК спектр бирнессита (δ-MnO2) Рентгеновская дифрактограмма и ИК спектры композитных ПАН волокон Резальтаты: композитные ПАН- MnOРезальтаты: композитные ПАН- MnO22 волокнаволокна
  23. 23. Резальтаты: осадок при синтезеРезальтаты: осадок при синтезе композитных ПАН- MnOкомпозитных ПАН- MnO22 волоконволокон
  24. 24. Адсорбция Sr из раствора, содержащего ионы Са (при Sr/Ca= 1/27) N Тип сорбента Раствор/сорб ент, мл/г Эффективнос ть адсорб ции Sr, % Адсорбци я, мг/ г 1 ПАН волокна 15/0,06 2,4 0,2 2 ПАН волокна 15/0,05 9,1 0,9 3 Композит. волокна 15/0,05 25,1 2,5 4 Композит. волокна 15/0,05 18,8 1,8 5 Композит. волокна 15/0,05 26,0 2,6 6 Осадок 15/0,1 89,4 4,5 7 Осадок 15/0,1 84,8 4,2 8 Осадок 15/0,1 70,0 3,5 Резальтаты: композитные ПАН- MnOРезальтаты: композитные ПАН- MnO22 волокнаволокна
  25. 25. Сорбция Sr из раствора, содержащего ионы Са (Са/Sr= 27) Элемент Весовой % Атомный% O K 55.17 80.48 Al K 0.46 0.40 K K 0.87 0.52 Ca K 2.41 1.40 Mn K 39.92 16.96 Sr K 0.47 0.13 После температурной обработки Элемент Весовой % Атомный% O K 53.56 79.86 K K 1.07 0.65 Ca K 0.68 0.41 Mn K 43.00 18.67 Sr K 1.11 0.30 Ba L 0.58 0.10 Итоги 100.00 Ba L 0.70 0.12 W L 0.00 0.00 Итоги 100.00
  26. 26.  Синтезированы композитные волокна путем in situ формирования слоя диоксида марганца на поверхности модифицированных полиакрилонитрильных волокон;  Формирование слоя MnO2 на поверхности волокон подтверждено результатами электронно- микроскопического, инфракрасного и рентгенофазового исследований;  Электронно-микроскопические исследования показали, что диоксид марганца формируется на поверхности волокон в виде равномерного слоя, состоящего из плотно прилегающих друг к другу наноагрегатов (30—40 нм);  Рентгенофазовый анализ позволил диагностировать диоксид марганца на поверхности волокон как δ-MnO2 (диоксид марганца со структурой бирнессита). Выводы: композитные ПАН- MnOВыводы: композитные ПАН- MnO22 волокнаволокна

×