Лабораторія очистки неструктурованих рідин

Керівник лабораторії - Руденко Леонід Іванович, кандидат технічних наук, старший науковий співробітник.

Контактна інформація:
Адреса: Вул. Мурманська, 1, Київ-94, 02660.
Телефон/факс: 559-66-25.

Лабораторія очищення неструктурованих рідин створена у лютому 1983 року. Лабораторія займається очищенням присадок до масел від механічних домішок та очищенням рідких радіоактивних відходів (РРВ) від органічних речовин і радіонуклідів.

Вперше проведені комплексні дослідження фізико-хімічних і фільтраційних властивостей вітчизняних допоміжних фільтруючих матеріалів (ДФМ) при очищенні присадок від механічних домішок. Розроблені нові, захищені авторськими свідоцтвами СРСР, оригінальні композиції ДФМ на основі перліта і кізельгура, а також композиції перліта і кізельгура з волокнистими матеріалами (азбест, деревне борошно). Розроблені технології фільтрування з ДФМ, які впроваджені у промисловість на Волгоградському і Кременчуцькому НПЗ з сумарним економічним ефектом більше 2 млн. карб.
Після аварії на Чорнобильській АЕС у 1986 році колектив лабораторії розробив оригінальні способи, технологічні процеси та дослідно-промислові установки для очищення стічних вод спеціальної обробки (ПуСО) та спецпралень, кубових залишків дихлоретану від радіоактивних забруднень, які у 1986-1987 роках пройшли міжгалузеві та приймальні випробування. Технологічний процес та установка очищення кубових залишків дихлоретану були прийняті на озброєння військовою частиною і успішно використовувалися для очищення 55 т кубових залишків у 30-ти кілометровій зоні ЧАЕС.
Колектив лабораторії приймав активну участь у мінімізації аварії на об'єкті "Укриття". Зокрема, розроблені фізико-хімічні основи технологічних процесів очищення РРВ з об'єкту "Укриття" та проведені випробування процесу очищення цих відходів (1995-1996 роки).

Основні наукові напрямки і досягнення за останні 5 років

Основні напрямки наукових досліджень

Основні напрямки наукових досліджень засновані на розробці наукових основ і технологічних процесів екологічної безпеки для мінімізації наслідків аварії на ЧАЕС. При зменшенні ступеня радіоактивного забруднення РРВ розробки мають соціальний ефект.

1. Створені фізико-хімічні засади механізму міграції альфа-випромінюючих радіонуклідів з об'єкту "Укриття" в грунтові води.
2. Розроблено наукові засади очищення РРВ від полімерних і органічних речовин та трансуранових елементів (ТУЕ) і урану за рахунок комплексного використання неорганічного коагулянта-флокулянта і каталітичного окиснення пероксидом водню та перманганатом калію.
3. Створено ефективний метод очищення РРВ від ТУЕ і урану при використанні функціоналізованих олігоетерів лінійної і розгалуженої структури, що містять фосфатні- і гуанідинофосфатні групи.
4. Розроблено принципово новий метод використання динамічних мембран на основі гідроксополімерів алюмінію, кремнезему і полівінілового спирту при ультрафільтраційному очищенні води від урану.

Досягнення (методи, властивості, гіпотези, теорії, узагальнення, технології, розробки)

1. Проведені систематичні дослідження з вивчення: а) радіохімічного складу і фазового розподілу активності за ізотопами цезію, стронцію, урану, плутонію, америцію, кюрію в зразках РРВ із зруйнованого 4-го блоку Чорнобильської АЕС; б) радіоактивного складу і фазового розподілу активності за ізотопами цезію, стронцію та урану в зразках ґрунтових вод проммайданчика об'єкту "Укриття". Це дозволило отримати дані щодо фазового розподілу зазначених радіонуклідів на грубодисперсній твердій фазі з розміром частинок більше за 0,1 мкм, на колоїдних частинках із розміром 0,01-0,1 мкм і в розчиненому стані. Отримані дані і про форми розміщення радіонуклідів у йонно-дисперсному стані в РРВ із об'єкта "Укриття" і в ґрунтових водах.

З'ясована важлива роль мікрочастинок (твердої фази з розміром частинок 0,1-1 мкм та колоїдних частинок) у механізмі перенесення радіонуклідів водою з об'єкта "Укриття" і з проммайданчика в поверхневі шари грунту й у грунтові води. У РРВ частка активності мікрочастинок ТУЕ - одна з найвагоміших (27-94 %) у їхній сумарній активності.
Отримані нові дані для підтвердження того, що поряд із перенесенням радіонуклідів у йонній формі існує також суттєве перенесення радіонуклідів, асоційованих на мікрочастинках. Для навколишнього середовища небезпечна значна частка мікрочастинок альфа-випромінюючих ТУЕ у загальній активності РРВ і можливе перенесення цих мікрочастинок у грунтові води. Дані про поведінку радіонуклідів із проммайданчика об'єкта "Укриття" свідчать про швидку міграцію радіонуклідів із поверхневих шарів піщаного грунту в грунтові води.

2. Запропоновано актуальний та практично важливий для хімічного цеху ЧАЕС метод видалення полімерної речовини - силаксинакрилатного зв'язуючого мембранним методом, а також видалення силаксинакрилатного зв'язуючого і урану неорганічним коагулянтом-флокулянтом. Наявність полімерної речовини у суміші суттєво ускладнює процеси наступної обробки, і видалення цієї сполуки представляє складну задачу. Використання оригінального коагулянта-флокулянта, розробленого у ІБОНХ НАН України, що не має аналогів, дозволяє вирішити це видалення і, таким чином, усунути можливі порушення технологічного процесу на випарних апаратах на заводі по переробці РРВ.

Запропоновано новий, захищений патентом України, спосіб очищення РРВ від органічних речовин і трансуранових елементів, який включає окиснення пероксидом водню в присутності солей d-перехідних металів 4 періоду з низьким ступенем окиснення при рН 1-4 й окиснення перманганатом калію при рН ? 12 і процес ультрафільтрації на полімерних або неорганічних мембранах з розміром пор від 0,05 до 0,10 мкм.
Новий спосіб окиснення РРВ і кубових залишків РРВ пероксидом водню на каталізаторі FeSO4 і перманганатом калію та наступної ультрафільтрації запропоновано для впровадження на ЧАЕС для суттєвого видалення органічних речовин та ТУЕ - плутонію, америцію, кюрію і урану.

3. Розроблено ефективний метод очищення РРВ з об'єкту "Укриття" від ТУЕ і урану з використанням нових, захищених патентами України, фосфоро- та гуанідинофосфатних олігоетерів, синтезованих в ІХВС НАН України. Вперше встановлено досить повне виділення ТУЕ (на 98-99 %) і урану (на 91-99 %) на досліджених олігоетерах. Визначені оптимальні умови видалення ТУЕ і урану. Проведена оптимізація методу. Ефективність селективного видалення ТУЕ і урану з РРВ знаходиться на рівні відомого поліетиленіміну, що широко використовується для видалення урану.
З'ясовано механізм очищення РРВ від ТУЕ і урану при використанні нових олігоетерів і ультрафільтрації завдяки дослідженню фазового розподілу концентрації радіонуклідів на грубодисперсній твердій фазі, колоїдних частинках та в розчиненому стані.
Створено оригінальний спосіб видалення ТУЕ і урану з РРВ реагентною ультрафільтрацією з використанням фосфоро- і гуанідинофосфатних олігоетерів, що може бути використаний на об'єкті "Укриття", а також для очищення промислових і стічних вод з низьким вмістом урану (до 100 мг/дм3) і активністю ТУЕ близько 1·104-1·105 Бк/дм3.

4. Запропоновані нові динамічні мембрани на основі суміші колоїдних частинок гідроксополімерів алюмінію, кремнезему і полівінілового спирту, які можуть бути використані при ультрафільтраційному очищенні промислових та стічних вод з низьким вмістом урану.
Проведені дослідження виконувались в рамках науково-дослідних робіт Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії з Інститутом проблем безпеки атомних електростанцій та Інститутом хімії високомолекулярних сполук НАН України. Для з'ясування активності проб води за ізотопом 137Cs використовували гамма-спектрометр з детектором із надчистого германію. Для визначення стронцію 90Sr застосовували метод, заснований на видаленні стронцію з азотнокислих розчинів в колонці з насадкою, модифікованою краун-етером. Активність стронцію вимірювали за допомогою радіометру РУБ-01П з блоком детектування БДЖБ-06П1. Концентрацію урану в розчинах визначали фотометрично у вигляді комплексу з арсеназо ІІІ, а також по інтенсивності люмінесценції йонів урану при їх збудженні ультрафіолетовим випромінюванням азотного імпульсного лазера. Активність ізотопів Pu, Am і Cm знаходили на гамма-спектрометричному комплексі фірми Canberra. Для визначення кількості органічних сполук використовувався метод визначення біхроматного окиснення. Для з'ясування будови олігоетерів застосовували методи ІЧ- та ЯМР-спектроскопії. У лабораторії є установки для ультрафільтрації і для зворотнього осмосу продуктивністю до 5 дм3/годину.

Співробітниками відділу опубліковано більш ніж 150 відкритих робіт та багато закритих публікацій, 3 авторських свідоцтв СРСР, 7 патентів України, захищено 1 докторська та 3 кандидатські дисертації. По чорнобильській тематиці опубліковано 25 статей у наукових виданнях (журнали Доповіді НАН України, Вісник НАН України, Радіохімія).