Ученые РХТУ им. Д.И. Менделеева разработали новую технологию изготовления сорбента для трудноуловимой формы радиоактивного йода — метилиодида. Фильтр на ее основе задерживает до 99.5% опасного изотопа, не требует большого количества дорогого сырья и позволяет на порядок снизить затраты на адсорбцию. Результаты работы опубликованы в Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry.

Изображение: bradyphotos.com/Flickr. Creative C...

Изображение: bradyphotos.com/Flickr. Creative Commons

Радиойод, точнее, один из радиоактивных изотопов йода с атомной массой 131 известен как продукт деления ядер урана и плутония. В природе он не возникает, а в окружающую среду поступает из поврежденных техногенных источников на АЭС или фармпроизводствах и после ядерных испытаний. У радиойода большая летучесть, и он быстро распространяется на большие территории, а его различные органические производные легко проникают не только в воздух, почву и воду, но и в организм человека, где разносятся кровью по всем органам и тканям, вызывая мутацию и гибель клеток. При катастрофах в Чернобыле и на Фукусиме-1 именно радиойод нанес наибольший ущерб биологическим объектам.

За несанкционированным выходом этого изотопа из реакторов пристально следят. Есть методики, с помощью которых можно уловить значительную часть паров радийода при утечках, но полностью это сделать невозможно. Дело в том, что до 70% общего содержания йода-131 в воздухе рабочих помещений атомных станций приходится на трудноуловимое вещество метилиодид. Если элементарный йод достаточно легко поглощается дешевыми сорбентами за счет физических взаимодействий, то для метилиодида нужны сорбирующие вещества, способные образовывать с ними химические связи или обмениваться изотопами.

На рынке уже есть такие продукты, но они несовершенны. Как правило, их производят из активированного угля, гранулы которого довольно быстро истираются под воздействием воздушных потоков, что приводит к образованию пыли, забивающей каналы, и потому резко увеличивающей энергетические потери на процесс очистки. К тому же, лучшие сорбенты делают с использованием угля, произведенного из импортного сырья — кокосовой скорлупы, что сильно повышает стоимость материала. Такой фильтр для одного йодного адсорбера может стоить в районе 100 000 рублей.

Группа ученых РХТУ им. Д.И. Менделеева разработала новую технологию изготовления сорбентов метилйодида — эффективную и более экономичную. «Уголь из кокосовой скорлупы мы тоже использовали, но примерно в десять раз меньше, чем в традиционных фильтрах, и не в гранулах, а в виде порошка разного фракционного состава, нанесенного на высокопористую пенополиуретановую матрицу, что позволяет существенно снизить энергетические потери. Для повышения эффективности сорбции порошок пропитывали 4-процентным триэтилендиамином — это вещество, которое может вступать в химические реакции с метил-йодидом. При подборе компонентов руководствовались такими параметрами как удельная поверхность, пористость и механическая прочность вещества», — поясняет один из авторов работы, заведующий кафедрой химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ Эльдар Магомедбеков.

Лабораторная установка для проведения испытаний...

Лабораторная установка для проведения испытаний сорбентов. Изображение предоставлено авторами исследования

В итоге были отобраны оптимальные образцы композиционного йодного сорбента. Для их испытаний была разработана разборная секционированная колонка из нержавеющей стали, куда особым образом, зигзагообразно или скрученными в рулон, помещали варианты поглотителей, а радиойод в нее подавали в виде паров, смешанных с основным газовым потоком. После эксперимента колонку с сорбентом разбирали и проводили измерение активности каждой секции на гамма-рентгеновском спектрометре. Лучшие образцы показали очень высокую эффективность поглощения метилиодида — 99,5%.

Ученые рассчитывают, что результаты работы заинтересуют производителей сорбентов радиоактивного йода, которые смогут расширить ассортимент своей продукции за счет новой эффективной и экономичной разработки, превосходящий по цене и качеству имеющиеся на рынке аналоги.

РХТУ им. Д.И. Менделеева — опорный университет химической отрасли России, работа которого направлена не только на получение новых знаний, но и на внедрение их в промышленность. Исследование проведено сотрудниками кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ при финансовой поддержке Университета (инициативный проект № 2020-008).

Статья: A.V. Obruchikov et al, Method for obtaining radioactive methyliodide vapors under dynamic conditions, 2020, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 326, DOI: 10.1007/s10967-020-07434-9