CC BY
45
УДК 546.79:54-414
Е.А. Захарченко1, А.А. Захарова2, Е.А. Тюпина2*
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского, Москва, Россия 119991, г. Москва, ул. Косыгина, д. 19
2 Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9 * e-mail: [email protected]
ПОЛУЧЕНИЕ ТВЕРДОФАЗНЫХ ЭКСТРАГЕНТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕТРАОКТИЛДИГЛИКОЛЬАМИДА И ИЗУЧЕНИЕ ИХ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ НА ПРИМЕРЕ ЛАНТАНА
Исследована возможность получения твердофазных экстрагентов путем импрегнирования носителей тетраоктилдигликольамидом. Определена сорбционная способность твердофазных экстрагентов на основе Таунита и полистирола. Определены условия извлечения лантаноидов из растворов азотной кислоты на примере лантана.
Ключевые слова: сорбционное выделение, лантаниды, твердофазные экстрагент, тетраоктилдигликольамид.
Избирательное выделение трехвалентных актинидных и лантанидных элементов из азотнокислых растворов переработки отработавших ядерных материалов является важной задачей радиохимии. Для этих целей перспективными являются твердофазные экстрагенты, полученные с использованием лигандов, характеризующихся высокой эффективностью и избирательностью [1, с. 34]. Наиболее перспективными лигандами для извлечения трехвалентных актинидов и лантанидов из азотнокислых растворов являются дигликольамиды [2, p. 1752], в частности тетраоктилдигликольамид (ТОДГА) [3, p. 464].
Целью данной работы является получение твердофазных экстрагентов путем импрегнирования твердых носителей лигандом ТОДГА и изучение их сорбционных свойств на примере лантана.
Растворы и реагенты. Использовали растворы La(III) (Сисх = 20 мкг/мл) в 3М HNO3. В качестве твердых носителей использовали углеродные нанотрубки Таунит (НаноТехЦентр, Тамбов) и высокосшитый полистирол ВСПС (Biotage, Швеция). Лиганд ТОДГА синтезирован в ООО «Сорбент-Технологии», (Москва).
Получение ТФЭ. Импрегнирование лигандом проводили в дихлорэтане и в растворах 1-5 М HNO3 при соотношениии массы носителя и лиганда 1:1 по методике, разработанной в ГЕОХИ РАН [4, с. 149]. Степень удерживания и содержание лиганда на твердой фазе определяли по увеличению массы носителя после импрегнирования.
Сорбционное выделение проводили в статических условиях путем встряхивания 5 мл раствора с 50 мг сорбента в течение 1 часа. Степень извлечения (R, %) рассчитывали по разности концентраций в исходном растворе и в растворе после сорбции, отнесенной к концентрации в исходном растворе. Коэффициент распределения (KD, мл/г) рассчитывали по формуле:
Kd= "(Сравн. La в твердой фазе)/ (Сравн. La в растворе) (1)
Сорбционную емкость (СЕ, мг/г) рассчитывали по формуле:
СЕ [(Сисх —Сравн)' Vр-ра]/mсорбента. (2)
Определение La(III) проводили
спектрофотометрически с реагентом Арсеназо III по известной методике [5, с. 288]. Перед определением азотнокислые растворы La переводили в солянокислые путем двукратного упаривания с 6М HCl.
Получен ряд твердофазных экстрагентов путем импрегнирования Таунита и ВСПС в азотнокислых растворах и для сравнения в дихлорэтане. Определены степень удерживания и содержание ТОДГА в твердой фазе. Установлено, что на полистирольном носителе ТОДГА удерживается более чем на 90% не зависимо от среды, в которой проводили импрегнирование. Содержание лиганда в твердой фазе 0,5 г/г. Удерживание ТОДГА на Тауните определяется средой, в которой проводили импрегнирование. Наиболее полно лиганд удерживается в дихлорэтане и 1M HNO3: степень удерживания 75% и 90% соответственно; содержание лиганда 0,4 и 0,5 г/г.
Определены степень извлечения и коэффициенты распределения лантана
твердофазными экстрагентами ВСПС-ТОДГА и Таунит-ТОДГА, полученными в разных средах (табл.1). Установлено, что сорбционная способность твердофазных экстрагентов на основе ВСПС выше, чем на основе Таунита. Выбраны сорбционные материалы, обеспечивающие максимальную степень извлечения лантана из растворов 3М HNO3: ВСПС-ТОДГА и Таунит-ТОДГА, полученные импрегнированием в дихлорэтане и в 3М HNO3.
На основе экспериментальных данных по степени извлечения La(III) в зависимости от времени контакта сорбента и раствора определено время для полного (более 90%) извлечения лантана - 20 мин, что характеризует хорошие кинетические свойства полученных сорбционных материалов.
Таблица 1. Степень извлечения La(III) ТФЭ, полученными при импрегнировании ТОДГА в различных
средах
(3М HNO3, Vp.pa= 5мл, тТФЭ = 50 мг, время контакта -1 час)_
Твердоф азные экстраге нты Условия импрег-нирования ТОДГА Степень извлечен ия, % Коэффици енты распредел ения, мл/г
Таунит-ТОДГА дихлорэтан 85 570
1М HNO3 73 264
3М 89 770
5М 70 233
ВСПС-ТОДГА дихлорэтан 90 900
1М HNO3 85 545
3М 93 1233
5М 89 809
Определена сорбционная емкость твердофазных экстрагентов при исходной концентрации La(Ш) -1000 мг/мл (Vр-ра - 5 мл, т^фэ=20 мг, время контакта
7 суток), которая составила для ВСПС, импрегнированного ТОДГА в ДХЭ и в 3М НШ3: 90 и 78 мг/г; для Таунита - 43 и 25 мг/г соответственно. Изучена возможность сорбционного извлечения лантанидов при непосредственном добавлении ТОДГА и носителя в азотнокислый раствор. Для этого к 10 мл раствора 3М НЫ03, содержащего микроколичества лантана, одновременно добавляли ТОДГА (50 мг) и носитель (ВСПС или Таунит, 50 мг). При перемешивании смеси в течение 30-60 мин образуется твердая фаза, а лантан полностью извлекается в образовавшуюся твердую фазу: степень извлечения Ьа(Ш) за время контакта 30 мин составляет более 95%.
Полученные экспериментальные данные показали перспективность лиганда ТОДГА для разработки твердофазных способов извлечения радионуклидов из азотнокислых растворов с использованием различных твердых носителей.
Захарченко Елена Александровна, к.х.н., с.н.с. Института геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН, Россия, Москва.
Захарова Анастасия Александровна, студент РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Тюпина Екатерина Александровна, к.т.н., доцент, доцент кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Моходоева О.Б., Мясоедова Г.В., Захарченко Е.А. Твердофазные экстрагенты для концентрирования и
разделения радионуклидов. Новые возможности // Радиохимия. 2011. Т. 53.№ 1. С.34-41.
2. Ansari S.A., Pathak P., Mohapatra P.K., Manchanda V.K. Chemistry of Diglycolamides: Promising Extractants for Actinide Partitioning.// Chemical Reviews 2012. Vl.112, P. 1751-1772.
3. Ansari S.A., Pathak P.N., Manchanda V.K., Husain M., Prasad A.K., Parmar V.S. N, N, N', N', - Tetraoctyl Diglycilamide (TODGA): A Promising Extractant for Actinide-Partitioning from High-Level Waste (HLW). /Solv. Extr. Ion Exch.. 2005. 23 (4). pp. 463 - 479.
4. 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. C. 26-29.
5. Саввин С.Б. Органические реагенты группы Арсеназо III. М., Атомиздат, 1971, 352 с.
Zaharchenko Elena Aleksandrovna1, Zaharova Anastasiya Alexandrovna2, Tyupina Ekaterina Alexandrovna2 *
1 Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian Academу of Sciences
2 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
PREPARATION OF SOLID-PHASE EXTRACTANTS BY USING TETRAOCTYLDIGLICOLAMIDE LIGAND AND THEIR SORPTION PROPERTIES RESEARCH ON THE EXAMPLE OF LANTHANUM
Abstract
The possibility of preparation of solid-phase extractants by impregnation with tetraoctyldiglicolamide ligand was studied. Sorption ability of solid-phase extractants based on Taunit and polystyrene supports was determined. Conditions of the lanthanides removal from nitric acid solutions were determined on the example of lanthanum.
Key words: sorption recovery, lanthanides, nitric acid solutions, solid-phase extractants, tetraoctyldiglycolamide.
УДК 621.039.7
А. А. Кондрашова1*, Н. Д. Андрющенко2, Е. В. Захарова2, Е. А. Тюпина1'3
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9
2Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, Москва, Россия 117342, Москва, Обручева ул., д. 40
3Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия 115409, Москва, Каширское ш., 31. * e-mail: [email protected]
СОРБЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АПАТИТА И ВЕРМИКУЛИТА ОТНОШЕНИЮ К РАДИОНУКЛИДАМ ЦЕЗИЯ И СТРОНЦИЯ
ПО
В результате работы были определены сорбционные характеристики апатита и вермикулита. Установлены и объяснены зависимости сорбционных характеристик апатита и вермикулита от концентрации конкурирующих ионов в растворе. Определены физико-химические формы сорбированных ионов методом последовательного выщелачивания. Установлено, что вермикулит имеет лучшую сорбционную характеристику, а сорбированные ионы представлены прочнофиксированными и обменными формами.
Ключевые слова: определение сорбционных характеристик, апатит, вермикулит, конкурирующие ионы, последовательное выщелачивание, физико-химические формы.
120
Геохимические проницаемые редокс-барьеры считаются эффективным и дешевым способом очистки загрязненных вод от радионуклидов и других примесей различного происхождения. В рамках данного способа решения проблемы вредного воздействия захоронения РАО и эксплуатации АЭС изучаются и разрабатываются новые природные сорбенты, методы их обработки, новые материалы для инженерных барьеров, изучается взаимодействие различных
радионуклидов с горной породой, которая содержится на территории подземных захоронений и атомных станций.
В данной работе была изучена сорбционная способность двух минеральных пород - апатита и вермикулита, по отношению к радионуклидам С8 и Бг. Соотношение твердой и жидкой фаз было взято 1:20 при 1 г навески минерала. Для каждого радионуклида проводилось по два параллельных опыта. Исходная жидкая фаза - водный раствор с концентрацией радиоактивного иона равной СБг= 7,65-10-10, СС = 2,34-10-10 моль/л. Рабочие растворы доводились до рН = 7.
Основными сорбционными характеристиками являются - степень сорбции и коэффициент межфазового распределения (И), которые определялись по формулам 1 и 2 [1]:
8=(Сс-С)/Сс-100%, (1)
где С0 и С - соответственно начальная и конечная концентрация радионуклида в растворе, Бк/мл.
Ка=(Б/(1 -БЖУ/ш), (2)
где V - объем жидкой фазы, мл; т - масса породы, г.
Было проведено сравнение кинетики сорбции радионуклидов С8 и Бг на образцах минералов апатита и вермикулита (рис. 1).
Кинетика сорбции Sr-90
100
120
100
80
60
40
20
7%r
Кинетика сорбции Cs-137
— » - апатит
• вермикулит
время, сут
О 5 10 15 20 25 30
Рис.1. Кинетика сорбции на апатите и вермикулите ионов Sr (а), Cs (б)
Сорбционная способность у вермикулита, как и предполагалось, оказалась выше, чем у апатита. Вермикулит уже на первые сутки контакта с раствором извлекает из раствора практически весь объем радионуклида.
Полученные данные позволяют предположить, что слоистая структура вермикулита аналогична молекулярной структуре глинистых материалов, и что ионы радионуклидов входят в пустоты между слоями или встраиваются в молекулярную решетку минерала.
Рассчитанные значения коэффициента распределения для вермикулита оказались
б
