CC BY
22
_Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 6_
УДК 546.79:543.054
А.А. Родионова1*, EA. Захарченко2, Е.А.Тюпина1
^Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9
2)Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН, Москва, Россия, 119334, Москва, ул. Косыгина, дом 19
* e-mail: [email protected]
ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОКСИДА ГРАФЕНА ДЛЯ ТВЕРДОФАЗНОГО ВЫДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ ИЗ АЗОТНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ
Аннотация
На примере извлечения урана изучена возможность применения в качестве носителя для получения твердофазных экстрагентов углеродного наноматериала - оксида графена. Выбраны условия получения твердофазных экстрагентов с использованием лигандов три-н-октилфосфиноксида (ТОФО) и ди-2-этилгексилметилфосфоната. Определены условия полного извлечения урана из раствора 3М HNO3 в статическом режиме.
Ключевые слова: твердофазные экстрагенты, радионуклиды, уран, сорбционное извлечение, углеродные материалы, оксид графена.
Актуальной задачей современной радиохимии и радиоэкологии является разработка новых способов переработки отработавших ядерных материалов, а также выделение токсичных радионуклидов из загрязненных растворов промышленных
производств. Для этих целей перспективно использование сорбционных методов, которые не только обеспечивают селективность и эффективность извлечения, но и упрощают работу с радиоактивными веществами [1].
Среди различных сорбционных материалов особое место занимают твердофазные экстрагенты (ТФЭ), полученные методом импрегнирования твердых носителей (полимерных или минеральных матриц) различными лигандами, обеспечивающими возможность извлечения радионуклидов из растворов [2]. В качестве носителей перспективно использование углеродных материалов, обладающих особыми свойствами структуры поверхности, в том числе наноматериалов.
В данной работе на примере извлечения урана изучена возможность применения в качестве носителя для получения ТФЭ углеродного наноматериала - оксида графена (ОГ) (ООО Нанотехцентр, Тамбов). Оксид графена является подходящим материалом для извлечения тяжелых металлов, так как обладает превосходными адсорбционными свойствами: высокоразвитой поверхностью, химической устойчивостью и способностью удерживать лиганды на твердой фазе. Для импрегнирования носителя использовали известные реагенты три-н-октилфосфиноксид (ТОФО) и ди-2-этилгексилметилфосфонат (фосфонат), обеспечивающие возможность извлечения урана из растворов с высоким содержанием азотной кислоты.
Твердофазное извлечение урана проводили в статических условиях непосредственно из азотнокислого раствора 3 моль/л при добавлении к нему оксида графена и лигандов с последующим УЗ-перемешиванием. Установлено, что в процессе перемешивания образуется компактная твердая фаза (рис.1), которая может быть легко отделена от раствора фильтрованием, при этом уран полностью
выделяется из раствора в образовавшуюся твердую фазу - ТФЭ.
а) б)
Рис. 1. Образование твердой фазы (ТФЭ) при добавлении к раствору 3 моль/л HNOз оксида графена и лигандов: (а) ТОФО; (б) фосфоната. Соотношение масс лиганда и носителя: 0,05 г/ 0,05 г.
Результаты по определению зависимости степени извлечения урана от времени контакта фаз представлены на рисунке 2. Экспериментальные данные показали, что твердофазное выделение с использованием оксида графена и лигандов ТОФО и фосфоната является довольно эффективным, так как за время контакта фаз - 45 мин для ТОФО наблюдается полное извлечение урана, а для фосфоната оно происходит за 120 мин.
Результаты по твердофазному выделению урана в зависимости от соотношения масс лиганда и носителя оксида графена представлены в таблице 1.
1 то
si
Я
S 100
7,
3 in
т
S 60
40
20
0 ■
♦ ♦
♦ ОГ+ТОФО ■ ОГ+фосфоная
150
Вр<чн контакта, мин
Рис. 2. Зависимость степени извлечения при твердофазном выделении урана оксидом графена и лигандами в
3М HNOз от времени контакта фаз, соотношение масс ОГ и лигандов 0,25 г /0,25 г, Ур-ра=10 мл, Сурана=40 мкг/мл
Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 6
Таблица 1. Твердофазное выделение урана с использованием оксида графена и лигандов. 3М HNO3, Ур-ра=2мл, Сурана=20мкг/мл, время контакта фаз: ТОФО-45 мин, фосфонат-120 мин
Лиганды Масса лигандов, г Масса оксида графена, г Степень извлечения урана, %
ТОФО 0,025 0,05 100
0,05 0,05 100
Фосфонат 0,025 0,05 0,05 0,05 90 100
На основе полученных данных выбраны условия 0,05)/0,05, время УЗ-перемешивания (30 мин), общее полного извлечения урана из раствора 3М HNO3: время контакта - 45 мин (УЗ и шейкер) для ТОФО и 2 соотношение масс лиганда и носителя - (0,025- часа (УЗ и шейкер) для фосфоната.
Родионова Анастасия Андреевна студентка 5 курса кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Захарченко Елена Александровна к.х.н., с.н.с. лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН им. В. И. Вернадского, Россия, Москва
Тюпина Екатерина Александровна к.т.н., доцент кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Захарченко Е. А., Маликов Д. А., Молочникова Н. П., Мясоедова Г. В., Куляко Ю. М. Сорбционное выделение U(VI), Pu(IV), Am(III) из азотнокислых растворов твердофазными экстрагентами на основе углеродных нанотрубок Таунит и полистирольных носителей // Радиохимия.- 2014.-Т. 56, № 1.- С. 2629.
2. Моходоева О.Б., Мясоедова Г.В., Захарченко Е.А. Твердофазные экстрагенты для концентрирования и разделения радионуклидов. Новые возможности // Радиохимия. - 2011.- Т. 53. № 1.- С.34-413.
Rodionova Anastasiya Andreevna1*, Zakharchenko Elena Aleksandrovna2, Tyupina Ekaterina Aleksandrovna1
1 D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
2
V.I. Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Moscow, Russia * e-mail: [email protected]
THE STUDY OF POSSIBILITY OF GRAPHENE OXIDE APPLICATION FOR THE SOLIDPHASE RECOVERY OF RADIONUCLIDES FROM NITRIC ACID SOLUTIONS
Abstract
The possibility of application of graphene oxide as solid support for the synthesis of solid-phase extractants was studied. Conditions of the preparation of solid-phase extractants with tri-n-phosphine oxide and di-2-ethylhexylmethylphosphonate ligands were chosen. Conditions of the radionuclides recovery from nitric acid solutions were determined on the example of uranium removal from 3 mol\L nitric acid solutions.
Key words: solid-phase extractants, radionuclides, removal, uranium, sorption recovery, carbon materials, solid supports, graphene oxide.
