Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) часть 1)

После осаждения на различных подложках в вакуумной камере конденсат из пироуглерода, нанотрубок и графита собирался и перетирался либо в ступках, либо в лабораторном дисковом истирателе, либо в шаровой мельнице тонкого помола, что позволяло использовать полученный порошок в качестве сорбента. Кроме того, была разработана технология нанесения указанного выше углеродного сорбционного материала на вермикулит, который и сам является хорошим сорбентом. Для экспериментальных исследований сорбционных свойств фильтрующих материалов разработана модель фильтрующей установки, в которой в качестве корпуса для загрузки фильтрующего состава используется вертикальная стеклянная колонка объемом около 0,2 дм3. В качестве модельной жидкости использовалась дистиллированная или природная вода из артезианских скважин с различным содержанием природныхрадионуклидов. Модельная жидкость подается в колонку снизу вверх, а скорость ее фильтрации регулируется краниками и изменением по высоте взаимного положения емкости с модельной жидкостью и фильтрующей установки. Важнейшими характеристиками фильтрующих материалов, используемых в системах водоподготовки, являются их сорбционная активность и емкость, а также прочность сорбционных связей. Сорбционная активность фильтрующих материалов определялась как отношение удельной активности радионуклида в исходной модельной жидкости до ее фильтрации и в отфильтрованной среде после фильтрации заданного объема жидкости. Сорбционная емкость материалов определялась как максимальная активность радионуклида, которая может быть адсорбирована зернами фильтрующего материала. Величина сорбционной активности определяет эффективность осаждения радионуклидов при фильтрации воды, а ее емкость — максимальную активность, которая может быть осаждена в единице массы или объема фильтрующего материала. Прочность сорбционных связей важна в плане технологии очистки воды: если она высока, то фильтрующий материал может использоваться однократно. При слабых связях осевших радионуклидов материал можно промыть чистой водой, и он может использоваться для осаждения радионуклидов повторно. Ниже, в табл. 1, представлена сравнительная оценка эффективности применения полученного углеродного сорбционного состава и активированного угля для очистки питьевой воды, загрязненной ионами металлов. Проведены экспериментальные исследования сорбционной активности плазменно-стимулированного углеродного материала по отношению к природному радионуклиду 226Ra в дистиллированной воде. При фильтрации дистиллированной воды с растворенным в ней 226Ra через данный материал наблюдается снижение удельной активности радионуклида в воде не менее чем в 100 раз. Таблица 1 Сравнительная оценка эффективности применения полученного углеродного сорбционного состава и активированного угля для очистки питьевой воды, загрязненной ионами металлов Компонент ПДК, мг/дм3 Концентрация мг/дм3(сорбция, %) Исходный раствор Активированный уголь Углеродный сорбент Al 0,5 5 4,16 (16,8) 0,15 (97) Cd 0,001 0,0097 0,00094 (90,3) 0,00003 (99,7) t a 0,1 1 0,03 (97) 0,078 (92,2) Cu 1,0 10 7,0 (30) 0,2 (98) Fe 0,3 3 Сорбции нет 0,086 (97,1) Mn 0,1 1 0,27 (73) 0,27 (73) Ni 0,1 1 0,37 (63) 0,16 (84) Pb 0,03 0,313 0,29 (7,3) 0,00202 (99,4) Zn 5,0 50 47,5 (5) 18,3 (63,4) Как видно из табл. 1, разработанный сорбционный состав особенно эффективен для сорбции таких элементов, как Cd, Pb, Cu, Fe, Al. Исследования показали, что разработанный углеродный порошковый сорбционный состав не оказывает острого токсического действия на гидробионтов Daphnia magna Stratus. Обработка сорбентом предотвращает токсическое действие свежеотобранной неотстоянной водопроводной воды на дафний, что может свидетельствовать о его безвредности для живых организмов. Ниже, в табл. 2, приведены значения базовых сорбционных характеристик разработанного углеродного сорбента, нанесенного на вермикулит, по отношению к отдельным природным и техногенным радионуклидам при фильтрации природной воды. Таблица 2 Сорбционные свойства разработанного углеродного сорбента в комбинации с вермикулитом Характеристика Контролируемый радионуклид 226Ra 238U 210Po 210Pb 137Cs 131I 90Sr Сорбционная активность, % 67,5 87,8 57,5 66,4 72,7 И 100 16,3 Сорбционная емкость, Бк/кг 3500 > 700 800 900 > 100 > 1500 ~ 960 Сорбционная активность фильтрующего материала с вермикулитом по отношению к техногенному радионуклиду 131I в природной минеральной воде близка к 100 %. Причем, в процессе фильтрации природной водычерез фильтрующий материал его сорбционная активность по отношению к данному радионуклиду практически не снижается. 55