ВИКОРИСТАННЯ МІНЕРАЛЬНИХ ПРОТОН-ПРОВІДНИХ МЕМБРАН ДЛЯ ЕЛЕКТРООСМОТИЧНОГО ФРАКЦІОНУВАННЯ ІЗОТОПІВ ВОДНЮ
DOI:
https://doi.org/10.32782/geotech2022.35.12Ключові слова:
електроосмос, фракціонування, тритій, ізотопи водню, протон провідні мембраниАнотація
Функціонування об’єктів ядерно-паливного комплексу постійно супроводжується забрудненням рідких промислових скидів тритієм. Проблема запобігання такому забрудненню ускладнюється тим, що забруднювальний компонент (тритій) є складовою водної транспортної субстанції. Не менш важливими проблемами є необхідність очищення від тритію дейтерієвої води, яку використовують у ядерній промисловості, та підвищення ефективності технологій концентрування тритію з метою його подальшого використання. Для очищення технологічних вод АЕС від тритію запропоновано застосувати процес електроосмотичного фракціонування ізотопів водню. В ізотопній молекулі тритійованої або дейтерієвої води (НТО, DTO) ковалентний зв’язок D–О і Т–О міцніший за Н–О, тому є можливість ізотопного розділення водню за допомогою електроосмостичного методу у водних розчинах на композитних мінеральних протон-провідних мембранах. Такі провідники можуть забезпечити фракціонування ізотопів водню в умовах протонного обміну шляхом тунельного або естафетного транспорту іонів та електроосмосу під впливом прикладеного електричного поля. З метою визначення можливості й ефективності застосування електроосмотичного процесу для фракціонування ізотопів водню у водному розчині електроосмотичну комірку зі змінними протон провідними мембранами, створеними із сумішей монтморилонітової глини і цеоліту (МГЦ), монтморилоніту і кварцового піску (МКП), із монтморилонітової (МГ) і сапонітової (СГ) глин. Анодні камери заповнювали електролітом у кількості 450–550 см3, створеним із тритійованої води, питомою активністю 5 950 Бк·дм–3 з додаванням безводної солі Na2CO3. Під впливом електричного поля відбувалась електроосмотична фільтрація дисоціату тритійованого електроліту крізь слабопроникні глинисті та композитні мембрани з анодної камери в катодну. Водночас унаслідок протонної провідності електроосмотичних мембран зі збільшенням сили та напруги електричного струму збільшувалася лужність водного розчину в катодній камері і зменшувалась питома активність тритію у фільтраті (католіті) на 14–26 % . Розробку захищено Патентом України на корисну модель.
Посилання
Bell R. Proton in chemistry. Moscow: Mir, 1977. 384 p.
Erdei-Gruz T. Transport phenomena in aqueous solutions. Moscow: Mir, 1976. 597 p.
Method for obtaining biologically active drinking water with a reduced content of deuterium: Pat. RU 2438765 C1 RF; No. 2010121324/05, Appl. May 25, 2010; publ. 01/10/2012, Bull. No. 1. 7 p.
Method for obtaining biologically active drinking water with a reduced content of deuterium: Pat. RU 2438766 C1 RF; No. 2010121326/05, Appl. May 25, 2010; publ. 01/10/2012, Bull. No. 1. 7 p.
Method for processing raw water containing tritium water: Pat. RU 2648263 C1 RF; No. 2017102757, claim. 01/28/2015; publ. 03/23/2018.
Method for purification of water from tritium by catalytic isotope exchange between water and hydrogen: Pat. RU 2380144 C1 RF; No. 2008117570/15, Appl. May 6, 2008; publ. 27.01.2010, Bull. No. 3. 8 p.
Method for extracting tritium and protium from deuterium-containing water: Pat. RU 2060801 RF; No. 94009122/26, Appl. 03/17/1994; publ. 05/27/1996, Bull. No. 15. 4 p.
Method and installation for the production of light water: Pat. RU 2295493 C2 RF; No. 2004116216/15, Appl. May 28, 2004; publ. 03/20/2007, Bull. No. 8. 16 p.
Double freezer system and water purification method: US Pat. USA 4799945A; No. 07/114 232, Appl. 10/27/1987; publ. 01/24/1989.
Method for the separation of hydrogen isotopes: Pat. RU 2201283 RF; dec. 11/21/2001; publ. 03/27/2003.
Method of water purification and installation for its implementation: Pat RU 2274607 C2 RF; No. 2003104764/15, Appl. 02/17/2003; publ. 20.04.2006, Bull. No. 11. 8 p.
Method and device for water treatment: Pat RU 2400433 C1 RF No. 2009125449/15, Appl. 07/03/2009; publ. 27.09.2010, Bull. No. 27. 6 p.
A method of water purification by freezing it and a device for its implementation: Pat. RU 2142914 C1 RF; dec. 04/24/1998; publ. 12/20/1999.
Method for obtaining healing drinking water with a reduced content of deuterium and tritium "relict water": Pat. RU 2091336 C1 RF; No. 95120754/25, Appl. 12/13/1995; publ. 09/27/1997. 3 s.
The method of obtaining healing drinking water and the installation of VIN-4 "Nadiya" for its implementation: Pat. RU 2010772 C1 RF, No. 5054755/26, Appl. 08/25/1992; publ. 04/15/1994. 7 s.
The method of purification of natural waters and the universal complex block installation "Krizhinka-1" for this purpose: Pat. UA 57558 A Ukraine; No. 20021210638, Appl. 06/16/2003; publ. 06/16/2003, Bull. No. 6.
Andreev B.M., Arefiev D.G., Baranov V.Yu. and others Isotopes: properties, production, applications. T. 1. Under ed.
V.Yu. Baranova. Moscow: Fizmatlit, 2005. 600 p.
Sobotovich E.V., Bondarenko G.N., Vetshtein E.E. et al. Isotope-geochemical methods for assessing the degree of relationship between underground and surface waters. Kyiv: Nauk. Dumka, 1977. 154 p.
Method for processing liquid radioactive waste: Pat. RU 2273066 C1 RF, No. 2004127180/06, Appl. 09/13/2004; publ. 03/27/2006. Bull. No. 9. 8 p.
Pushkarov O., A. Zubko, I. Sevruk, V. Dolin (Jr.) (2021) Electro-osmotic fractionation of hydrogen isotopes in electrolytic solutions using composite proton-permeable membranes. Visnyk of Taras Shevchenko National University of Kyiv: Geology. (2021).
v. 1(92). pp. 11-16. http://doi.org/10.17721/1728-2713.92.02
Pushkarov O.V., Pryjmachenko V.M., Zolkin I.O. (2012). Zbirnyk naukovyh prac. Instytut geohimii navkolyshn'ogo seredovyshha, 20, 98-108.
Pushkarov, O.V, Rudenko, I.M., Koshelev, M.V., SkripkIn, V.V., DolIn, V.V. (Jr.), Pryimachenko, V.M. (2016). Mineral adsorbent of tritium based on sap-onite and zeolite. Collected scientific papers of Institute of environmental ge-ochemistry, 25, 38-48.
The method of separation of heavy hydrogen isotopes: pat. UA 143747 U, No. u 2020 01119, application 21.02.2020; published 10.08.2020, Bul. No. 15. 3 p.
