Дезактивация в среде сверхкритических флюидов и сжиженных

ÓÄÊ 621.039.75+620.262
ÄÅÇÀÊÒÈÂÀÖÈß Â ÑÐÅÄÅ ÑÂÅÐÕÊÐÈÒÈ×ÅÑÊÈÕ ÔËÞÈÄÎÂ
È ÑÆÈÆÅÍÍÛÕ ÃÀÇÎÂ
À. Þ. Øàäðèí, À. À. Ìóðçèí, Ä. Í. Øàôèêîâ, Â. À. Êàìà÷åâ
Ðàäèåâûé èíñòèòóò èì. Â.Ã. Õëîïèíà, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, Ðîññèÿ
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 25.06.2007 ã.
 ðàáîòå ïîêàçàíî, ÷òî â êà÷åñòâå ñðåäû äëÿ äåçàêòèâàöèè ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû ñâåðõêðèòè÷åñêèé äèîêñèä óãëåðîäà, ñæèæåííûå ÑÎ2 è ôðåîí-134à. Ñ èñïîëüçîâàíèåì óêðóïíåííîé ïèëîòíîé óñòàíîâêè ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü äåçàêòèâàöèè
çàùèòíîé îäåæäû è ìåòàëëè÷åñêèõ èçäåëèé â ñðåäå ñæèæåííîãî äèîêñèäà óãëåðîäà äî óðîâíÿ ðàäèîàêòèâíîãî ôîíà.
Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: äèîêñèä óãëåðîäà, ôðåîí, àìåðèöèé, öåçèé, ñòðîíöèé, äåçàêòèâàöèÿ.
ÂÂÅÄÅÍÈÅ
Áîëüøîå âíèìàíèå, óäåëÿåìîå â íàñòîÿùåå âðåìÿ âîïðîñàì ýêîëîãè÷åñêîé áåçîïàñíîñòè, çàñòàâèëî àêòèâèçèðîâàòü ïîèñêè íîâûõ ïîäõîäîâ ê òðàäèöèîííûì
ïðîöåññàì, íàïðèìåð, ïðîöåññó äåçàêòèâàöèè, â êîòîðîì îáû÷íî èñïîëüçóþò êèñëûå è ùåëî÷íûå âîäíûå ðàñòâîðû êîìïëåêñîíîâ è îêèñëèòåëåé, ÷òî ïðèâîäèò ê
îáðàçîâàíèþ áîëüøîãî îáúåìà âòîðè÷íûõ æèäêèõ ðàäèîàêòèâíûõ îòõîäîâ (ÆÐÎ).
Àëüòåðíàòèâîé òðàäèöèîííûì ìåòîäàì ìîæåò áûòü äåçàêòèâàöèÿ â ñðåäå ñâåðõêðèòè÷åñêèõ (ÑÊ) ôëþèäîâ è ñæèæåííûõ ãàçîâ, êîòîðàÿ èìååò ñëåäóþùèå ïðåèìóùåñòâà:
— ðåçêîå ñîêðàùåíèå îáúåìà âòîðè÷íûõ æèäêèõ ðàäèîàêòèâíûõ îòõîäîâ;
— âîçìîæíîñòü äåçàêòèâàöèè îáúåêòîâ ñëîæíîé ôîðìû;
— âîçìîæíîñòü ïîëó÷åíèÿ âûäåëåííûõ ðàäèîíóêëèäîâ â êîìïàêòíîé ôîðìå
è óïðîùåíèå îïåðàöèé ïîëó÷åíèÿ êîíå÷íûõ ôîðì õðàíåíèÿ ðàäèîàêòèâíûõ îòõîäîâ;
— èñïîëüçîâàíèå íèçêîòîêñè÷íûõ, âçðûâî- è ïîæàðîáåçîïàñíûõ äèîêñèäà
óãëåðîäà èëè ôðåîíîâ â êà÷åñòâå îñíîâíîãî ðàñòâîðèòåëÿ;
— ñî÷åòàíèå äåçàêòèâàöèè è äåçèíôåêöèè, íàïðèìåð, ñïåöîäåæäû â îäíîì
ïðîöåññå;
— ìàëûå êîëè÷åñòâà ðåàãåíòîâ, íåîáõîäèìûõ äëÿ äåçàêòèâàöèè.
Âñå ýòè ïðåèìóùåñòâà íàïðÿìóþ ñâÿçàíû ñî ñâîéñòâàìè ñâåðõêðèòè÷åñêèõ
ôëþèäîâ èëè ñæèæåííûõ ãàçîâ. Ðàçðàáîòêà òåõíîëîãèè è îáîðóäîâàíèÿ äëÿ î÷èñòêè, â òîì ÷èñëå äåçàêòèâàöèè, òâåðäûõ ïîâåðõíîñòåé â ñðåäå ôëþèäîâ âåäåòñÿ
âî Ôðàíöèè [1 —4 ], Êîðåå [5, 6], ßïîíèè [7— 9 ], Íèäåðëàíäàõ [10 , 11], ÑØÀ [12 ] è
Ðîññèè [13 — 15]. Êàê ïðàâèëî, â êà÷åñòâå ñðåäû äëÿ î÷èñòêè èñïîëüçóþò ñâåðõêðèòè÷åñêèé äèîêñèä óãëåðîäà (ÑÊ-ÑÎ2), òàê êàê îí íåòîêñè÷åí, äîñòóïåí, äåøåâ
è îáëàäàåò óìåðåííûìè êðèòè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè (Òêð ≈ 31 °Ñ, Ðêð ≈ 7,2 ÌÏà). Â
íàñòîÿùåå âðåìÿ ÑÊ è ñæèæåííûé ÑÎ2 èñïîëüçóåòñÿ äëÿ î÷èñòêè ïîâåðõíîñòåé
â ïðîìûøëåííûõ ìàñøòàáàõ îò îðãàíè÷åñêèõ çàãðÿçíåíèé [16]. Îáçîð èññëåäîâàíèé â îáëàñòè äåçàêòèâàöèè â ñðåäå äèîêñèäà óãëåðîäà, âûïîëíÿåìûõ â Ðîññèè,
40
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 3. 2007
Äåçàêòèâàöèÿ â ñðåäå ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ è ñæèæåííûõ ãàçîâ
äàí â ðàáîòå [17]. Êðîìå òîãî, â ðàáîòàõ [18, 19] ïîêàçàíà ïðèíöèïèàëüíàÿ âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ äëÿ äåçàêòèâàöèè ðàñòâîðîâ êîìïëåêñîíîâ â ñæèæåííîì
äèîêñèäå óãëåðîäà, à â ðàáîòå [20] — îçîí-äðóæåñòâåííûõ ôðåîíîâ. Î÷åâèäíî, ÷òî
âîçìîæíî ñîçäàíèå ýêîëîãè÷åñêè áåçîïàñíîé òåõíîëîãèè äåçàêòèâàöèè â ñðåäå
ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ è ñæèæåííûõ ãàçîâ. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ðàçâèòèå àïïàðàòóðíîé áàçû â Ðîññèè íå ïîçâîëÿåò øèðîêî èñïîëüçîâàòü ñâåðõêðèòè÷åñêèå ôëþèäû äëÿ ýêñòðàêöèè ðàäèîíóêëèäîâ, ñ îäíîé ñòîðîíû, à ñ äðóãîé
ñòîðîíû, ïåðåä íà÷àëîì äîðîãîñòîÿùåé ðàçðàáîòêè îáîðóäîâàíèÿ íåîáõîäèìî ïðîäåìîíñòðèðîâàòü ïðèíöèïèàëüíóþ îñóùåñòâèìîñòü è ýôôåêòèâíîñòü ïðåäëàãàåìîãî ïðîöåññà íà ðåàëüíûõ îáðàçöàõ. Òàêèå ðåçóëüòàòû ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû ñ
èñïîëüçîâàíèåì ñæèæåííîãî äèîêñèäà óãëåðîäà.  äàííîì ñëó÷àå ðàáî÷åå äàâëåíèå íå ïðåâûñèò 7 ÌÏà, õîòÿ ïðîäîëæèòåëüíîñòü ïðîöåññà äåçàêòèâàöèè îêàæåòñÿ áîëüøå.
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðåäñòàâëåíû äàííûå èññëåäîâàíèé ïðîöåññà äåçàêòèâàöèè ðåàëüíûõ îáðàçöîâ â ñðåäå ñæèæåííûõ äèîêñèäà óãëåðîäà (6 ÷ 7 ÌÏà) èëè
ôðåîíà-134à (1,2 ÷ 2,8 Ì
Ïà).
ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀËÜÍÀß ×ÀÑÒÜ
Ëàáîðàòîðíûå èññëåäîâàíèÿ ïðîâîäèëè ñ èñïîëüçîâàíèåì óñòàíîâêè ñî øïðèöåâûì íàñîñîì (ðèñ. 1). Èññëåäóåìûå îáðàçöû ïîìåùàëè â ýêñòðàêöèîííóþ ÿ÷åéêó,
êóäà äîáàâëÿëè âîäó è êîìïëåêñîí. Çàòåì â ÿ÷åéêó íàãíåòàëè CO2 èëè ôðåîí,
òåðìîñòàòèðîâàëè è âûäåðæèâàëè â òå÷åíèå 20 ÷ 60 ìèí ïðè çàäàííûõ òåìïåðàòóðå è äàâëåíèè, ïîñëå ÷åãî ÷åðåç ÿ÷åéêó â òå÷åíèå 40 ÷ 120 ìèí ïðîïóñêàëè 35 ìë
ôëþèäà. Â ðÿäå ýêñïåðèìåíòîâ êîìïëåêñîí èëè ñìåñè êîìïëåêñîíîâ ïîìåùàëè â
áàðáîòåð, óñòàíîâëåííûé ïåðåä ýêñòðàêöèîííîé ÿ÷åéêîé.
Ðÿä ýêñïåðèìåíòîâ áûë âûïîëíåí íà óêðóïíåííîé ïèëîòíîé óñòàíîâêå ñ 5ëèòðîâûì ýêñòðàêòîðîì. Óêðóïíåííàÿ ïèëîòíàÿ óñòàíîâêà, ãèäðàâëè÷åñêàÿ ñõåìà
êîòîðîé ïðèâåäåíà íà ðèñ. 2, ïîçâîëÿåò îáðàáàòûâàòü çà îäèí öèêë äî 3 êã (ïî
ñóõîìó âåñó) ñïåöîäåæäû (êîìáèíåçîí, ðóêàâèöû, ïåð÷àòêè, íàòåëüíîå áåëüå è ò.ï.).
Ðèñ. 1. Ñõåìà ëàáîðàòîðíîé óñòàíîâêè
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 3. 2007
41
À. Þ. Øàäðèí, À. À. Ìóðçèí, Ä. Í. Øàôèêîâ, Â. À. Êàìà÷åâ
Ðèñ. 2. Óêðóïíåííàÿ ïèëîòíàÿ óñòàíîâêà äëÿ äåçàêòèâàöèè â æèäêîì ÑÎ2
1 — îõëàäèòåëü óãëåêèñëîòû; 2 — ñáîðíèê ÑÎ2; 3 — ìàíîìåòð; 4 — ñìîòðîâîå îêíî ¹ 1; 5 —
ýêñòðàêòîð; 6 — ñìîòðîâîå îêíî ¹ 2; 7 — ñáîðíèê-èñïàðèòåëü
42
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 3. 2007
Äåçàêòèâàöèÿ â ñðåäå ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ è ñæèæåííûõ ãàçîâ
Ïðè ýêñïåðèìåíòàõ ñ èñïîëüçîâàíèåì ïèëîòíûõ è óêðóïíåííîé óñòàíîâîê â
ýêñòðàêòîð óñòàíîâêè ïîìåùàëè äåçàêòèâèðóåìûå îáðàçöû è êîìïëåêñîíû. Ïîòîì óñòàíîâêó ãåðìåòèçèðîâàëè è ãàçîîáðàçíûé äèîêñèä óãëåðîäà ïîäàâàëè èç
áàëëîíà â êîíäåíñàòîð, ãäå ÑÎ2 ñæèæàëñÿ ïðè òåìïåðàòóðå 5 ÷ 8 °Ñ è çàòåì ñàìîòåêîì ïîñòóïàë â ðåàêöèîííûé ñîñóä. Äåçàêòèâàöèþ ïðîâîäèëè â òå÷åíèå 1 ÷ 4 ÷àñîâ
ïðè ïåðèîäè÷åñêîì ïåðåìåøèâàíèè çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ íàïðàâëåíèÿ öèðêóëÿöèè
ïîòîêà ÑÎ2. Ïî îêîí÷àíèè äåçàêòèâàöèè êîìïëåêñîíû ñ óäàëåííûìè ðàäèîíóêëèäàìè ñîáèðàëè â èñïàðèòåëü, ãäå îíè âûäåëÿëèñü â ñîáñòâåííóþ æèäêóþ ôàçó.
Èññëåäóåìûå îáðàçöû õàðàêòåðèçîâàëè äî è ïîñëå ýêñïåðèìåíòîâ. Äëÿ ïðîâåäåíèÿ èññëåäîâàíèé áûëè ïîäãîòîâëåíû ìîäåëüíûå, èñêóññòâåííî çàãðÿçíåííûå
îáðàçöû è îòîáðàíû ðåàëüíî ðàäèîàêòèâíî çàãðÿçíåííûå îáðàçöû ðàçëè÷íûõ
ìàòåðèàëîâ, â òîì ÷èñëå ïðîáû ãðóíòîâ.  ðàáîòå áûëè èñïîëüçîâàíû ãåêñàôòîðàöåòèëàöåòîí (ÃÔÀ; Fluorochem, UK), äèîêòàôòîðàìèëôîñôîðíàÿ êèñëîòà (ÄÎÔÀÔÊ;
ÏÔ ÃÈÏÕ, Ðîññèÿ) è ôðåîí-134à (CF3CFH2, Òêèï. = −26,5 °Ñ; Ò êðèò. = 101,5 °Ñ;
Pêðèò. = 4,06 ÌÏà; ρêðèò. = 538,5 êã/ì3; ïîòåíöèàë ðàçðóøåíèÿ îçîíîâîãî ñëîÿ
ODP = 0, ïîòåíöèàë ãëîáàëüíîãî ïîòåïëåíèÿ GWP = 1300, ïåðèîä ïîëóðàñïàäà â
àòìîñôåðå — 14 ëåò; ÎÎÎ «Ïàðóñ», Ðîññèÿ). Âñå îñòàëüíûå ðåàêòèâû áûëè ïîëó÷åíû îò ÎÎÎ «Âåêòîí», Ðîññèÿ.
ÐÅÇÓËÜÒÀÒÛ È ÈÕ ÎÁÑÓÆÄÅÍÈÅ
Ðàíåå áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî òàêèå ìàòåðèàëû, êàê ôòîðîïëàñò, ïîëèýòèëåí,
àëþìèíèé, íåðæàâåþùàÿ ñòàëü, ñâèíåö, ëàòóíü, ôèëüòðîâàëüíàÿ áóìàãà, õëîïîê è
ëàâñàí, íå ìåíÿþò ñâîèõ ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïðè îáðàáîòêå â ñðåäå äèîêñèäà
óãëåðîäà [21].  ñëó÷àå óñïåøíîé äåçàêòèâàöèè èçäåëèÿ èç ýòèõ ìàòåðèàëîâ ìîãóò
áûòü èñïîëüçîâàíû ïîâòîðíî. Îäíàêî òàêèå øèðîêî èñïîëüçóåìûå â ðàäèîõèìè÷åñêèõ ïðîèçâîäñòâàõ ìàòåðèàëû, êàê ëèíîëåóì, ðåçèíà è ïëàñòèêàò, â ñðåäå ÑÎ2 è
ôðåîíîâ íàáóõàþò è ìåíÿþò ñâîþ ôîðìó. Ïîýòîìó èçäåëèÿ èç ýòèõ ìàòåðèàëîâ
ïîñëå ñâåðõêðèòè÷åñêîé ôëþèäíîé äåçàêòèâàöèè (ÑÔÄ) äîëæíû áûòü óòèëèçèðîâàíû. Ïðåäâàðèòåëüíûå ýêñïåðèìåíòû ïîêàçàëè, ÷òî ïðè îáðàáîòêå â ñæèæåííîì ôðåîíå-134à ôòîðîïëàñò, ïîëèýòèëåí, àëþìèíèé, íåðæàâåþùàÿ ñòàëü, ñâèíåö,
ëàòóíü, ôèëüòðîâàëüíàÿ áóìàãà, õëîïîê è ëàâñàí íå èçìåíÿþò ñâîèõ ñâîéñòâ.
Èçâåñòíî, ÷òî ïðè äåçàêòèâàöèè ñ ïîâåðõíîñòè òâåðäûõ òåë â ïåðâóþ î÷åðåäü
íåîáõîäèìî óäàëèòü íàèáîëåå ýêîëîãè÷åñêè îïàñíûå òðàíñóðàíîâûå ýëåìåíòû
(Pu, Np, Am), 137 Cs è 90 Sr. Â òàáëèöàõ 1 è 2 ïðèâåäåíû äàííûå îá óäàëåíèè 241Am
(êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå òðóäíîóäàëÿåìûì ñðåäè òðàíñïëóòîíèåâûõ ýëåìåíòîâ), 137 Cs è 90 Sr ñ ïîâåðõíîñòè íåêîòîðûõ ìàòåðèàëîâ â ñæèæåííûõ ÑÎ2 è
ôðåîíå-134à. Äëÿ ýòîãî áûëè èñïîëüçîâàíû õîðîøî èçâåñòíûå ñîñòàâû äëÿ äåçàêòèâàöèè â ñðåäå ÑÊ-ÑÎ2 íà îñíîâå ÃÔÀ—ÒÁÔ (óäàëåíèå óðàíà è òðàíñóðàíîâûõ ýëåìåíòîâ) [22 ] è íà îñíîâå ÄÎÔÀÔÊ (óäàëåíèå öåçèÿ) [23]. Ïðîâåäåííûå
ýêñïåðèìåíòû ïîêàçàëè, ÷òî àìåðèöèé óäàëÿåòñÿ ñ ïîâåðõíîñòè òêàíåé è ìåòàëëîâ ñ äîñòàòî÷íî âûñîêîé ýôôåêòèâíîñòüþ, õîòÿ è ìåíüøåé, ÷åì â ÑÊ-ÑÎ2 [17].
Ïîëó÷åííûå ñòåïåíè èçâëå÷åíèÿ (áîëåå 50 %) äîñòàòî÷íû äëÿ äîñòèæåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ äåçàêòèâàöèè 5÷ 10 íà îäíîé îïåðàöèè â ïèëîòíûõ óñòàíîâêàõ. Îäíàêî ýôôåêòèâíîñòü óäàëåíèÿ öåçèÿ îñòàåòñÿ íåâûñîêîé. Ïîýòîìó áûëî ïðåäëîæåíî èñïîëüçîâàòü íå ñàìó ÄÎÔÀÔÊ, à åå êàëèåâóþ ñîëü [24], òàê êàê îáìåí Cs+ íà
Ê+ äîëæåí ïðîòåêàòü â ñðåäå äèîêñèäà óãëåðîäà ëåã÷å, ÷åì íà Í+. Ïðîâåäåííûå
ýêñïåðèìåíòû ïîêàçàëè ðîñò èçâëå÷åíèÿ öåçèÿ (â 1,5 ÷ 2 ðàçà) ñ ïîâåðõíîñòè
íåðæàâåþùåé ñòàëè, ëàâñàíà, ñâèíöà, àëþìèíèÿ è ëàòóíè ïðè çàìåíå ÄÎÔÀÔÊ íà
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 3. 2007
43
44
Òàáëèöà 1
2
Äåçàêòèâàöèÿ ìîäåëüíûõ îáðàçöîâ ðàçëè÷íûõ ìàòåðèàëîâ (ïëîùàäü ìàòåðèàëà — 4 ñì , ëàáîðàòîðíàÿ óñòàíîâêà, âðåìÿ îáðàáîòêè — 140 ìèí)
Ñæèæåííûé ÑÎ2, 7,0 ÌÏà, 25 °Ñ
0,2 ìë ÃÔÀ,
0,2 ìë ïèðèäèí,
0,2 ìë H2O
Ìàòåðèàë
Ñæèæåííûé ôðåîí-134à, 1,2 ÌÏà, 25 °Ñ
0,2 ìë ÒÁÔ, 0,2 ìë OctOH,
0,2 ìë ÄÎÔÀÔÊ,
0,2 ìë H2O
0,2 ìë ÃÔÀ,
0,2 ìë ïèðèäèí,
0,2 ìë H2O
0,2 ìë ÒÁÔ, 0,2 ìë OctOH,
0,2 ìë ÄÎÔÀÔÊ,
0,2 ìë H2O
Cs
Am
Sr
Am
Cs
Am
Sr
Íåðæàâåþùàÿ ñòàëü
72 ± 8
55 ± 12
72 ± 15
55 ± 9
98 ± 2
40 ± 2
95 ± 3
65 ± 8
Ëàâñàí
63 ± 8
30 ± 2
54 ± 7
51 ± 7
98 ± 2
64 ± 7
60 ± 7
60 ± 9
Õëîïîê
82 ± 9
42 ± 4
93 ± 2
83 ± 9
85 ± 5
28 ± 6
97 ± 2
85 ± 6
Ôòîðîïëàñò
99 ± 8
52 ± 4
94 ± 5
79 ± 8
99 ± 2
59 ± 7
92 ± 5
83 ± 9
Ñòàëü
99 ± 9
47 ± 5
79 ± 11
65 ± 8
98 ± 2
73 ± 6
97 ± 2
78 ± 9
Ïëàñòèêàò
39 ± 8
19 ± 2
34 ± 9
22 ± 6
99 ± 2
56 ± 9
94 ± 4
81 ± 6
Ëàòóíü
97 ± 9
72 ± 7
94 ± 8
75 ± 9
98 ± 2
69 ± 8
93 ± 6
79 ± 7
Òàáëèöà 2
137
Óäàëåíèå Cs ñ ïîâåðõíîñòè ðàçëè÷íûõ ðåàëüíî ðàäèîàêòèâíî çàãðÿçíåííûõ ìàòåðèàëîâ ðàñòâîðàìè êîìïëåêñîíîâ
(ïëîùàäü ìàòåðèàëà — 4 ñì2, ëàáîðàòîðíàÿ óñòàíîâêà, 0,2 ìë Í2Î, 0,2 ìë ÒÁÔ, 02 ìë OctOH, âðåìÿ îáðàáîòêè — 140 ìèí)
Èçâëå÷åíèå
Êîìïëåêñîí
Ñæèæåííûé ÑÎ2, 7,0 ÌÏà, 25 °Ñ
137
Cs, %
Ñæèæåííûé ôðåîí-134à, 1,2 ÌÏà, 25 °Ñ
Íåðæàâåþùàÿ
ñòàëü
Ëàâñàí
Õëîïîê
Íåðæàâåþùàÿ
ñòàëü
Ëàâñàí
Õëîïîê
Äèîêòàôòîðàìèëôîñôîðíàÿ
êèñëîòà (ÄÎÔÀÔÊ), 0,3 ã
57±8
29±2
42±4
52±7
62±8
31±6
Êàëèåâàÿ ñîëü äèîêòàôòîðàìèëôîñôîðíîé êèñëîòû (ÄÎÔÀÔÊ), 0,32 ã
93±7
61±8
71±7
81±3
89±7
87±9
À. Þ. Øàäðèí, À. À. Ìóðçèí, Ä. Í. Øàôèêîâ, Â. À. Êàìà÷åâ
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 3. 2007
Am
Äåçàêòèâàöèÿ â ñðåäå ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ è ñæèæåííûõ ãàçîâ
åå êàëèåâóþ ñîëü (òàáëèöà 2). Òî åñòü èñïîëüçîâàíèå ñæèæåííûõ ÑÎ2 è ôðåîíà134à ïîçâîëÿåò ñíèçèòü ðàáî÷åå äàâëåíèå ïðîöåññà äåçàêòèâàöèè äî 7÷1,2 ÌÏà è
ñîõðàíèòü ýôôåêòèâíîñòü óäàëåíèÿ ðàäèîíóêëèäîâ.
Íà îñíîâàíèè äàííûõ ëàáîðàòîðíûõ ýêñïåðèìåíòîâ áûëè îïðåäåëåíû óñëîâèÿ
äëÿ èññëåäîâàíèé äåçàêòèâàöèè ðåàëüíûõ îáðàçöîâ íà óñòàíîâêå ñ åñòåñòâåííîé
öèðêóëÿöèåé ÑÎ2. Ïðîâåäåííûå ýêñïåðèìåíòû ïî óäàëåíèþ ôðàêöèé òðàíñóðàíîâûõ ýëåìåíòîâ è Cs — Sr äâóìÿ ïîñëåäîâàòåëüíûìè îáðàáîòêàìè ìàòåðèàëà
(ñíà÷àëà ðàñòâîðîì ÃÔÀ, ÒÁÔ, ïèðèäèíà è âîäû â æèäêîì CO2, à çàòåì ðàñòâîðîì
êàëèåâîé ñîëè ÄÎÔÀÔÊ, ÒÁÔ, îêòàíîëà è âîäû â æèäêîì ÑÎ2) ïîêàçàëè, ÷òî
äåçàêòèâàöèÿ â ñðåäå ñæèæåííîãî CO2 ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà äëÿ óäàëåíèÿ
êàê ïðî÷íî-, òàê è ñëàáîôèêñèðîâàííûõ çàãðÿçíåíèé ñ ïîâåðõíîñòåé íåðæàâåþùåé ñòàëè è ëàòóíè, à òàêæå äëÿ óäàëåíèÿ ñëàáîôèêñèðîâàííûõ çàãðÿçíåíèé ñ
ïîâåðõíîñòè àëþìèíèÿ. Â õîäå ýêñïåðèìåíòîâ áûëè äîñòèãíóòû ñëåäóþùèå êîýôôèöèåíòû äåçàêòèâàöèè:
— ëàâñàí: 30 äëÿ α-íóêëèäîâ, > 500 äëÿ β- è γ-íóêëèäîâ;
— õëîïîê: 10 äëÿ α-íóêëèäîâ, > 70 äëÿ β- è γ-íóêëèäîâ;
— íåðæàâåþùàÿ ñòàëü:
ñëàáîôèêñèðîâàííûå çàãðÿçíåíèÿ: > 100 äëÿ α-íóêëèäîâ, ∼500 äëÿ βíóêëèäîâ è 100 000 äëÿ γ-íóêëèäîâ,
ïðî÷íîôèêñèðîâàííûå çàãðÿçíåíèÿ: ∼15 äëÿ α- è β-íóêëèäîâ, ∼50 äëÿ
γ-íóêëèäîâ;
— àëþìèíèé:
ñëàáîôèêñèðîâàííûå çàãðÿçíåíèÿ: ∼500 äëÿ α-, β- è γ-íóêëèäîâ,
ïðî÷íîôèêñèðîâàííûå çàãðÿçíåíèÿ: 2÷ 4 äëÿ α- è β-íóêëèäîâ, > 10 äëÿ
γ-íóêëèäîâ;
— ëàòóíü:
ñëàáîôèêñèðîâàííûå çàãðÿçíåíèÿ: ∼50 äëÿ α-íóêëèäîâ, ∼500 äëÿ β- è
γ-íóêëèäîâ;
ïðî÷íîôèêñèðîâàííûå çàãðÿçíåíèÿ: 25 ÷ 30 äëÿ α-, β- è γ-íóêëèäîâ.
Ïîäðîáíî ðåçóëüòàòû äàííûõ èññëåäîâàíèé èçëîæåíû â [17]. Îòìåòèì òîëüêî,
÷òî ñ èñïîëüçîâàíèåì óêðóïíåííîé ïèëîòíîé óñòàíîâêè áûëà ïðîâåäåíà äåìîíñòðàöèÿ ýôôåêòèâíîñòè ìíîãîêðàòíîé äåçàêòèâàöèè â äèîêñèäå óãëåðîäà ðåàëüíî çàãðÿçíåííîãî ëàâñàíîâîãî êîìáèíåçîíà. Êàðòîãðàììà
çàãðÿçíåíèé êîìáèíåçîíà ïðèâåäåíà íà ðèñ. 3. Äåçàêòèâàöèþ ïðîâîäèëè ÷åòûðå ðàçà, ÷åðåäóÿ äåçàêòèâèðóþùóþ ñìåñü íà îñíîâå ÒÁÔ è ÃÔÀ ñ
äåçàêòèâèðóþùåé ñìåñüþ íà îñíîâå ÄÎÔÀÔÊ è
ÒÁÔ. Ðåçóëüòàòû ïðèâåäåíû â òàáëèöå 3. Ïîñëå
÷åòûðåõ îáðàáîòîê óäàëîñü ñíèçèòü óðîâåíü çàãðÿçíåíèÿ äî ôîíîâûõ çíà÷åíèé. Ïðè ýòîì íà îáðàáîòêó îäíîãî êîìáèíåçîíà áûëî çàòðà÷åíî 180
ìë îðãàíè÷åñêèõ ðåàãåíòîâ áåç ðåöèêëà êîìïëåêñîíîâ.
Òàêèì îáðàçîì, ðåçóëüòàòû, ïîëó÷åííûå íà óêðóïíåííîé ïèëîòíîé óñòàíîâêå, ïîêàçàëè ýôôåêòèâíîñòü äåçàêòèâàöèè â ñðåäå ñæèæåííûõ ãàçîâ.
Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî èñïîëüçîâàíèå ñâåðõ- Ðèñ. 3. Êàðòîãðàììà çàãðÿçíåíêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ âìåñòî ñæèæåííûõ ãàçîâ íîñòè ëàâñàíîâîãî êîìáèíåçîíà
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 3. 2007
45
À. Þ. Øàäðèí, À. À. Ìóðçèí, Ä. Í. Øàôèêîâ, Â. À. Êàìà÷åâ
Òàáëèöà 3
Äåçàêòèâàöèÿ ðåàëüíî çàãðÿçíåííîãî ëàâñàíîâîãî êîìáèíåçîíà
(6,5 ÌÏà, 25 °C, ÷åòûðå ïîñëåäîâàòåëüíûõ îáðàáîòêè, ïî 20 ìë ÒÁÔ, ÃÔÀ è âîäû
â ÑÎ2 â ÷åðåäîâàíèè 3 ã êàëèåâîé ñîëè ÄÎÔÀÔÊ è ïî 10 ìë ÒÁÔ, OctOH è H2O â ÑÎ2)
Èçìåðÿåìàÿ
âåëè÷èíà
β-àêòèâíîñòü
Σ, γ-àêòèâíîñòü
Çàãðÿçíåíèå
Òî÷êà
èçìåðåíèÿ
(ðèñ. 3)
Èñõîäíîå
1
8,1 Áê/ñì2
0,63 Áê/ñì2
13
2
2,4 Áê/ñì2
0,40 Áê/ñì2
6
3
3,7 Áê/ñì2
0,32 Áê/ñì2
12
4
2,7 Áê/ñì2
0,81 Áê/ñì2
3
1,7 ìêÇâ/÷
0,15 ìêÇâ/÷
11
Êîíå÷íîå
Êîýôôèöèåíò
äåçàêòèâàöèè
ïîçâîëèò ñîêðàòèòü ïðîäîëæèòåëüíîñòü ïðîöåññà è ïîâûñèòü åãî ýôôåêòèâíîñòü
çà ñ÷åò áîëåå âûñîêèõ êîýôôèöèåíòîâ äèôôóçèè â ñðåäå ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ è áîëåå âûñîêîé ïðîíèêàþùåé ñïîñîáíîñòè ïîñëåäíèõ. Îäíàêî ðàáî÷åå
äàâëåíèå ïðîöåññà â ýòîì ñëó÷àå áóäåò çíà÷èòåëüíî âûøå. Äëÿ âûáîðà îïòèìàëüíîãî ðåæèìà íåâîäíîé äåçàêòèâàöèè íåîáõîäèìî ïðîäîëæèòü èññëåäîâàíèÿ, íàïðàâëåííûå íà ðàçðàáîòêó àïïàðàòóðû äëÿ ÑÔÄ è ïîèñê ôëþèäîâ ñ ìåíüøèì
êðèòè÷åñêèì äàâëåíèåì, ÷åì äèîêñèä óãëåðîäà.
ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅ
Ïðîâåäåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî â êà÷åñòâå ñðåäû äëÿ ïðîöåññà íåâîäíîé ìàëîîòõîäíîé äåçàêòèâàöèè ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû ñâåðõêðèòè÷åñêèé
äèîêñèä óãëåðîäà è ñæèæåííûå ÑÎ2 è ôðåîí-134à. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè äåçàêòèâàöèè äî ôîíîâûõ çíà÷åíèé çàùèòíîé îäåæäû è ìåòàëëè÷åñêèõ èçäåëèé â ñðåäå
ñâåðõêðèòè÷åñêîãî è æèäêîãî ÑÎ2 îáúåì âòîðè÷íûõ æèäêèõ ðàäèîàêòèâíûõ îòõîäîâ ñíèæàåòñÿ â 50 ðàç ïî ñðàâíåíèþ ñ òðàäèöèîííûìè ìåòîäàìè.
Ïîêàçàíî, ÷òî ïðè èñïîëüçîâàíèè â êà÷åñòâå ñðåäû äëÿ äåçàêòèâàöèè ñæèæåííîãî äèîêñèäà óãëåðîäà òðåáóåòñÿ â 2÷3 ðàçà áîëüøå âðåìåíè, ÷åì â ñðåäå ÑÊÑÎ2, íî ðàáî÷åå äàâëåíèå ïðîöåññà ìîæåò áûòü ñíèæåíî ñ 20 äî 7 ÌÏà. Ëàáîðàòîðíûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè ïåðñïåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ôðåîíà-134à â
êà÷åñòâå ñðåäû äëÿ äåçàêòèâàöèè, êîòîðàÿ, ñîõðàíÿÿ ýôôåêòèâíîñòü óäàëåíèÿ ðàäèîíóêëèäîâ, ïîçâîëÿåò ñíèçèòü ðàáî÷åå äàâëåíèå äî 1,2 ÌÏà.
Òàêèì îáðàçîì, ñ èñïîëüçîâàíèåì óêðóïíåííîé ïèëîòíîé óñòàíîâêè íà ïðèìåðå ñæèæåííîãî ÑÎ2 áûëà ïðîäåìîíñòðèðîâàíà âîçìîæíîñòü ñîçäàíèÿ òåõíîëîãèè íåâîäíîé ìàëîîòõîäíîé äåçàêòèâàöèè â ñðåäå ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ è
ñæèæåííûõ ãàçîâ.
ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ
1. Perrut M., Perrut V. 5th Meeting on Supercritical Fluids. 23—25 March 1998, Nice, France.
Proceedings, 1998. Ð. 171.
2. Dahmen N., Schon J., Dinjus E. 7th Meeting on Supercritical Fluids. 6—8 December 2000,
Antibes, France. Proceedings, 2000. Vol. 1. P. 369.
3. Gosolits B., Kurts G., Swerev M. 7th Meeting on Supercritical Fluids. 6—8 December 2000,
Antibes, France. Proceedings, 2000. Vol. 1. P. 389.
46
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 3. 2007
Äåçàêòèâàöèÿ â ñðåäå ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ è ñæèæåííûõ ãàçîâ
4. Cocero M.J., Alonso E., Lucas S. Ind. Eng. Chem. Res. 2000. Vol. 39. P. 4597.
5. Park K., Koh M., Yoon C. et. al. SuperGreen-2003. 9—12 November 2003, Nagoya, Japan.
Proceedings, Nagoya University, 2003. P. 88—95.
6. Koh S., Jeon B., Kim H. et. al. Bull. Korean Chem. Soc. 2004. Vol. 25. P. 471.
7. Meguro Y., Iso S., Yioshida Z. J. Supercritical Fluids. 2004. Vol. 31. No. 2. P. 141.
8. Enokida Y., Sawada K. 11th Int. Symp. Supercritical Fluid Chromatography, Extraction &
Processing. 1—4 August 2004, Pittsburgh, USA. Proceedings, Supercritical Conferences, 2004.
P. 314.
9. Meguro Y., Tomioka O., Imai T. et. al. SuperGreen-2004, 3rd Int. Symposium. 23—26 October
2004, Tianjin, China. Book of abstracts, 2004. P. 119.
10. Kersh C., Van Der Kraan M., Woerlee G.F., Witkamp G.J. J. of Chem. Tech. and Biotech. 2001.
Vol. 77. No. 3. P. 256.
11. Kersh C., van Roosmalen M.J.I., Woglee G.F., Witkamp C.J. Ind. Eng. Chem. Res. 2000. Vol. 39. No.
12. P. 4670.
12. Lin Y., Wu H., Smart N.G., Wai C.M. Separ. Sci. and Tech. 2001. Vol. 35. No. 5&6. P. 1149.
13. Øàäðèí À.Þ., Ìóðçèí À.À., Áàáàèí Â.À. è äð. Ðàäèîõèìèÿ. 2002. Ò. 44. ¹ 4. Ñ. 373.
14. Øàäðèí À.Þ., Ìóðçèí À.À., Ðîìàíîâñêèé Â.Í. Ðàäèîõèìèÿ. 1997. Ò. 39. ¹ 1. Ñ. 44.
15. Babain V.A., Romanovskiy V.N., Shadrin A.Yu. et. al. J. N. Science and Technology, Suppl. 3.
2002. Ð. 267.
16. Marentis R. 5th Meeting on Supercritical Fluids. 10—13 April 1999, Nottingham, UK.
Proceedings, 1999. Ð. 705.
17. Øàäðèí À.Þ., Ìóðçèí À.À., Êàìà÷åâ Â.À. è äð. Õèìè÷åñêàÿ òåõíîëîãèÿ. 2007. Vol. 1. P. 12—22.
18. Øàäðèí À.Þ., Ìóðçèí À.À., Ïîäîéíèöûí Ñ.Â. è äð. Õèìèÿ è òåõíîëîãèÿ ýêñòðàêöèè.
Ì.: ÐÕÒÓ èì. Ä.È. Ìåíäåëååâà, 2001. Ò. 2. Ñ. 243—248.
19. Shadrin A., Murzin A., Kamachev V. et. al. 7th Meeting on Supercritical Fluids. 6—8 December
2000, Antibes/Juan-Les-Pins, France. Proceedings, INPL, 2000. Ð. 847—851.
20. Kamachev V., Shadrin A., Murzin A., Shafikov D. 10th Meeting on Supercritical Fluids. 12—14
December 2005, Strasbourg/Colmar, France. Book of abstracts. Ð. 127.
21. Kamachev V., Murzin A., Shadrin A. SuperGreen-2004, 3rd Int. Symposium. 23—26 October
2004, Tianjin, China. Book of abstracts. Ð. 123 (full text on CD PTh-4).
22. Shadrin A.Yu., Babain V.A., Murzin A.A. et. al. Patent US 6,610,152 B1, 1999.
23. Murzin À., Shafikov D., Shadrin À. et. al. 9th Meeting on Supercritical Fluids. 13—16 June
2004, Trieste, Italy. Abstracts, INPL, 2004. Ð. 180.
24. Áàáàèí Â.À., Áîíäèí Â.Â., Øàäðèí À.Þ. è äð. Ä.Í., ïàòåíò RU 2 274 486 C2, îïóáëèêîâàíî
20.04.2006. Áþë. ¹ 11.
DEACTIVATION IN THE MEDIA OF SUPERCRITICAL FLUIDS
AND LIQUIFIED GASES
A.Yu. Shadrin, A.A. Murzin, D.N. Shafikov, V.A. Kamachev
Khlopin Radium Institute, Saint Petersburg, Russia
It is demonstrated that supercritical CO2, liquified CO2 and freon-134a can be utilized
as a medium for supercritical fluid extraction (SFD). While using for this purpose an
enlarged pilot installation, the desactivation of the protective cloths and metallic articles
down to the background level in the medium of liquified CO2 is accessible.
K e y w o r d s: carbon dioxide, freon, Americium, Cesium, Strontium, deactivation.
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 3. 2007