Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2025(16))

пенополиуретана (ППУ), который, по сути, является разновидностью метода выгорающих добавок в сочетании с технологией шликерного литья. Керамический тиксотропный шликер, сцепляясь с поверхностью матрицы из ППУ, образует после ее деструкции в процессе высокотемпературного синтеза прочно спеченный каркас, являющийся негативной репликой полимерного прекурсора. Основы синтеза репликационных высокопористых ячеистых материалов (ВПЯМ) алюмосиликатного состава в России были сформулированы академиком РАН В. Н. Анциферовым с сотрудниками [1], а применялись они, главным образом, в качестве фильтров для рафинирования расплавов металлов и носителей гетерогенных катализаторов. В настоящее время исследования и производство керамических ВПЯМ осуществляются в научном центре. В Менделеевском университете за последние 15 лет разработано новое направление в применении керамических ВПЯМ — в качестве носителей не только катализаторов, но и сорбентов для улавливания вредных веществ, в том числе радиоактивных, из технологических газовых потоков. Наиболее актуальным и целесообразным оказалось использование контактных элементов (КЭ) ячеистой структуры с нанесенным сорбционно-активным слоем в высокотемпературных процессах переработки облученного ядерного топлива (ОЯТ) для локализации выделяющихся летучих продуктов деления (ЛПД). Из каталитических процессов приоритет отдан восстановлению оксидов азота, актуальному как в атомной, так и в других отраслях промышленности. Сорбционно-активные КЭ разрабатывались для селективного улавливания наиболее значимых в количественном отношении и в отношении радиоактивности и тепловыделения соединений металлических (Cs, Mo) и неметаллических (I, Te) радионуклидов и их групп. Удаление их соединений из технологических газов на головных операциях переработки ОЯТ является важной задачей при создании замкнутого ядерного топливного цикла [2]. В существующих многоступенчатых системах газоочистки [3] для этой цели применяются гранулированные сорбенты, барботеры, жидкостные абсорберы и стекловолокнистые фильтры, образующие после эксплуатации большое количество вторичных твердых (ТРО) и жидких (ЖРО) радиоактивных отходов. Разработанные блочно-ячеистые КЭ успешно прошли предварительные испытания в системах локальной газоочистки реальных радиохимических производств: на операции растворения ограниченного количества нитридного ОЯТ в расплаве цинка в ГНЦ «НИИАР» [4] и на участке изготовления стеклянных цезиевых источников ионизирующего излучения в ПО «Маяк» [5]. Наша цель в перспективе — заменить данные материалы и технологии на единую, масштабированную до опытно-промышленной систему комплексной газоочистки с использованием блочно-ячеистых КЭ нового поколения для улавливания широкого ряда ЛПД с надежной их фиксацией по механизму хемосорбции и образованием минимального количества ТРО. Синтез керамической основы КЭ из ВПЯМ Универсальная керамическая основа контактных элементов синтезировалась по описанной выше классической технологии, усовершенствованной в части оптимального состава керамического шликера [6], обеспечивающего технологичность всего процесса, заданные структурно-механические характеристики и возможность взаимодействия полученного каркаса с улавливаемыми веществами по механизму хемосорбции. Исходная заготовка из ППУ пропитывалась керамическим шликером, в состав которого входят наполнитель (электроплавленый корунд (ЭПК) марки F-360) и основное связующее (керамический пресс-порошок, содержащий, % мас.: ЛЬСэ — 22,5; SiO2— 66,5). Соотношение наполнитель/связующее 50/50 %. В качестве жидкой фазы шликера использовали 5 %-й водный раствор поливинилового спирта. В результате последующего высокотемпературного обжига в интервале температур 1 350-1 380 °С происходит полное выгорание ППУ и твердофазное спекание керамики. На рис. 1 приведена типичная ячеистая структура образца синтезированных ВПЯМ. Средний диаметр ячейки ВПЯМ (d„) при использовании ППУ с плотностью пор 30 ppi составляет 1,0-1,2 мм (см. рис. 1, а); толщина перегородки 150-200 мкм (см. рис. 1, б), зерна ЭПК размерами 15-20 мкм окружены частицами связующего размерами <5 мкм, объединенными в агрегаты. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 2. С. 156-163. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 156-163. © Гаспарян М. Д., Грунский В. Н., Дубко А. И., Сальникова О. Ю., Обухов Е. О., Александрова А. Д., 2025 157