AP19577049 Синтез, характеристика и физико-химическое исследование сорбентов биомассового происхождения для очистки промышленных вод от радионуклидов
Цели проекта: (1) синтезировать активированные угли путем химической активации, допирования азотом с использованием гидротермального метода, (2) выполнить характеризацию материала и (3) проверить их применение для промышленных образцах Национального атомного центра (г.Курчатов).
Актуальность:
Проблема, которую решает этот проект, заключается в растущей потребности Казахстана в очистке радиоактивных стоков в результате существующих урановых рудников (всего 129), которые выщелачивают радиоизотопы в пресную воду (например, на реке Шу, Южный Казахстан) (1); современные биомедицинские методы лечения с использованием радиоизотопов (например, 124I и 131I) (2) в больницах; будущее внедрение атомной энергетики в стране (3) и поддержать дезактивацию полигона, на котором проводились испытания ядерного оружия (Семипалатинский испытательный полигон (СИП) и который является источником радионуклидов (137Cs) в окружающую среду.
Наш подход к этому будет подготовлено устройство для улавливания радионуклидов из загрязненных сточных вод. Устройство будет изготовлено путем преобразования биомассы сельскохозяйственных отходов, богатой лигноцеллюлозой (шелуха грецкого ореха, риса, гречневой шелухи,) в углеродсодержащий материал. Эти углеродные материалы будут модифицированы (серой, азотом, серебро и ферроцианид) для введения активных центров, способных улавливать указанные выше радионуклиды. Устройство будет производиться методами гидротермального синтеза, пиролиза и пиролиза с последующей активацией. Для этого будут опробованы модификации до и после термической обработки. сорбент будет включен в углеродный монолит (из порошкообразного углерода и смолы). Углеродные материалы, как известно, экранируют излучение, которое делает их безопаснее использовать. В рамках этого исследования также будет изучено извлечение полученного сорбента из радиоизотопного песка при повторном использовании. Предполагается, что устройство будет иметь площадь поверхности > 200 м2 и включать мезо (2-50 нм) и макропористость (> 50 нм), снижать концентрацию радионуклидов на 50% каждый цикл, работать в рециркуляционном режиме и иметь возможность для обработки воды в широком диапазоне pH, соответствующего применению. Эти результаты будут опубликованы в журналах Q1 (3), представлены на местных и международных конференциях (3) и регулярно публикуются в социальных сетях. Это исследование поможет подготовить начинающих исследователей (4) и будет способствовать повышению уровня университетов страны в сотрудничестве с ними. У команды есть подтверждение концепции сердцевины устройства (приготовление сорбента только из типа биомассы) на уровне технологической готовности (TRL3) и опыт масштабирования до пилотного производства из ранее произведенных материалов на основе углерода, которые теперь коммерчески доступны. Мы стремимся достичь TRL 6, что приблизит устройство к коммерциализации и повлияет на рабочие места в Казахстане, а также окажет большее влияние на здоровье окружающей среды, особенно когда устройство будет масштабироваться. В число вовлеченных научных организаций входят КазНИТУ им. К.И. Сатпаева с опытом в области материаловедения, в частности углеродных материалов, Национальный ядерный центр (г. Курчатов), который будет конечным пользователем технологии и будет проводить испытания разделения радионуклидов с помощью устройства, а также международное сотрудничество, включающее Кингстонский университет (Великобритания) имеющий опыт в аналитической характеристике материалов, нанотехнологиях, очистке сточных вод и имеет связи с атомной, военной и водной промышленностью. Все организации ранее сотрудничали в отдельных консорциумах. Этот проект позволит найти наилучший подход к подготовке эффективного устройства для дезактивации радионуклидов, его валидации в лаборатории и в двух соответствующих сценариях (очистка загрязненной пресной воды и ядерных отходов).
В рамках этого проекта будет разработан инструмент, который сделает более безопасными казахстанские объекты, загрязненные радионуклидами и имеющие протоки пресной воды (шахты и бывшие полигоны ядерных испытаний). Это насущные проблемы, которые необходимо решать. Это также позволит Казахстану перерабатывать радиоактивные отходы из больниц. Наконец, это поддержит Казахстан в подготовке к внедрению атомной промышленности, помогая улучшить управление ядерными отходами и защитить стоки от радиационных загрязнений, которые будут образовываться. Результат этого исследования будет иметь международное значение, поскольку рассматриваемые проблемы имеют глобальное значение.
Научный руководитель: PhD, Кудайбергенов К.К.
Количественный и качественный состав исполнителей проекта: 7 исполнителей, в составе: 3 доктора PhD, 2 магистра, 2 бакалавра.
Полученные результаты:
Разработана технология получения сорбентов. Исследована кинетика и изотерма сорбции радионуклидов на примере нетоксичного стабильного изотопа 127I на серии активированных углей, полученных из отходов гречневой (457 мг/г), рисовой шелухи (462 мг/г) и скорлупы грецкого ореха (459 мг/г).
начало проекта – 2023 г.
Сроки реализации: 2023-2025 гг.