RU2135284C1

RU2135284C1 - Способ концентрирования, извлечения и отделения катионов цезия и полимерная смола

Info

Publication number: RU2135284C1
Application number: RU97108592A
Authority: RU
Inventors: Брайон Дж. Тарбет; Гэррен Маас; Кшиштоф Э. Краковиак; Роналд Л. Брунинг
Original assignee: Ай Би Си Эдванст Текнолоджиз, Инк.
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1999-08-27
Also published as: IL115827A; CA2204112A1; ZA959312B; IL115827A0; CN1082383C; DE69526242T2; UA50724C2; CN1164830A; EP0789608A1; AU4101896A; EP0789608B1; US5789496A; EP0789608A4; US5656702A; JPH10510202A; CA2204112C; TW290471B; TR199501340A2; WO1996014125A1; DE69526242D1

Abstract

Группа изобретений применима при извлечении ионов цезия из смеси с катионами других щелочных металлов в растворе благодаря образованию комплекса катиона цезия с соединениями, состоящими из поли(гидроксиарилен)-лиганд содержащих полимерных смол с последующим селективным отрывом комплекса цезия от части лиганда полимерных смол, к которым были прикреплены ионы цезия. Исходный раствор приводят в контакт с содержащей 5-100 мол.% поли(гидроксиарилен)-лиганда полимерной смолой, после чего раствор удаляют и осуществляют контакт полимерной смолы с меньшим объемом водного принимающего раствора, в который катионы цезия переходят в концентрированном виде. Используемая полимерная смола является продуктом реакции поли (гидроксиарилен)-лиганда, формальдегида и любого другого алкокси- или гидрокси- ароматического соединения или метилированного гидроксиароматического соединения, при 5-100 мольной концентрации поли(гидроксиарилен)-лиганда. Достигается повышение селективности отделения ионов цезия. 2 с. и 15 з.п.ф-лы.

Description

Это изобретение относится к способу отделения цезия от промышленных потоков, в которых ионы цезия присутствуют как примесь с другими катионами щелочных металлов и другими химическими веществами, которые могут присутствовать в гораздо более высоких концентрациях, с использованием поли (гидроксиарилен)-лиганд содержащих полимерных смол. Конкретнее, это изобретение относится к способу извлечения ионов цезия из примеси с катионами других щелочных металлов в растворе путем образования комплекса катиона Cs с соединениями, состоящими из поли (гидроксмарилен)-лиганд содержащих полимерных смол, посредством пропускания таких растворов через колонну или аналогичное средство, заполненное такими поли (гидроксиарилен)-лиганд содержащими полимерными смолами с последующим селективным отрывом комплекса Cs от части лиганда полимерных смол, к которым были прикреплены ионы Cs. Принимающий раствор используется в меньшем объеме для извлечения и концентрирования отделенных катионов цезия, чем первоначальный объем раствора, пропущенного через колонну. Извлеченные таким образом катионы Cs можно затем выделить известными способами. Кроме того, исходный раствор, из которого был извлечен цезий, может быть дополнительно обработан, утилизирован или вылит.

Отделение очень малых количеств катионов Cs от промышленных стоков, содержащих катионы других щелочных металлов или/и другие химические вещества, является трудным, однако коммерчески важным видом отделения. К числу отраслей промышленности, в которых такой вид отделения был бы очень пригоден, относятся полупроводниковая промышленность, очистка ядерных отходов, облагораживание металлов, электроэнергетика и другие отрасли. Эти виды отделения трудны, потому что подлежащий выделению Cs часто присутствует в концентрациях всего от частиц на триллион (чнт) до немногих частиц на миллион (чнм) и должен отделяться от других щелочных металлов, которые могут присутствовать в концентрациях до нескольких молярных. Поэтому для такого отделения требуется кинетически быстрый, в высшей степени селективный и сильный термодинамически интерактивный материал.

Cs и Sr являются двумя из самых важных радиоактивных загрязняющих примесей в ядерных отходах. Это вызвано тем, что ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr вносят около 98% тепловой энергии и 97% проникающей радиации в течение первых 30 лет после образования ядерных отходов. В высшей степени желательно селективно удалить эти элементы, чтобы значительно повысить безопасность и уменьшить объем ядерных отходов, направляющихся на долгосрочное геологическое хранение. Более того, в разбавленных радиоактивных загрязнениях, таких как грунтовая вода, Cs и Sr - это фактически единственные виды радиоактивных отходов, требующие обработки. Необходимость в обоих видах обработки Cs и Sr обнаружена во многих местах в США, а также в других странах во всем мире.

В прошлом способы удаления цезия из ядерных стоков-отходов были неэффективны. Несколько органических и неорганических ионообменных полимеров приготовлялись разными способами для отделения Cs. Один такой класс материалов - это полимеры типа фенолформальдегида, где гидроксибензол, такой как фенол (т.е. CS-100, ранее изготовляемый и продаваемый фирмой Rohm & Haas) или ресорцинол, реагирует с формальдегидом посредством гидроксиметилирования и затем конденсируется с образованием метиленовой связи между бензольными кольцами в присутствии щелочи или кислоты с получением твердого стекловидного полимера, обладающего ионообменными свойствами. Смотрите, например, патент США N 4423159. Эти материалы, хотя они и действуют в какой-то степени для комплексирования ионов цезия, имеют ограниченную селективность. Это тем более так, когда присутствуют высокие концентрации калия и натрия. Неорганические ионообменные материалы, такие как кристаллические силикотитанаты (фирмы Sandia National Laboratory), и материалы на основе феррицианидов либо не имеют требуемой селективности, либо не подвергаются элюированию, либо не присутствуют в достаточно стабильном или особенно полезном формате для эффективного использования.

Каликсарены и родственные полигидроксиароматические молекулы, как известно, обладают чрезвычайно высокой селективностью по отношению к ионам цезия, Р.М.Айзэтт и др., 105 J. Am. Chem. Soc., 1782 (1983); "Каликсарены, универсальный класс макроциклических соединений" (под редакцией Дж.Вайсенса и В.Бомера., 1991); К.Д.Гутше "Каликсарены" (1989). Однако для того, чтобы использовать эти молекулы для осуществления отделения, молекулы должны быть включены в системы, где Cs селективно участвует в фазовом изменении. Предыдущие попытки включить полигидроксиароматические молекулы в системы отделения Cs предполагали выделение растворителя и системы с жидкими мембранами. Р.М. Айзэтт и др., 105 J. Am. Chem. Soc., 1782 (1983); "Каликсарены, универсальный класс макроциклических соединений" (под редакцией Дж.Вайсенса и В.Бомера); К.Д.Гутше "Каликсарены" (1989). Эти системы имеют следующие недостатки: использование в системе органического растворителя, относительно низкая кинетика, потеря эффективности по мере уменьшения концентрации подаваемого Cs, потеря ценной молекулы в водную фазу, образование эмульсий во время отделения и другие трудности. Более того, эти материалы вполне гидрофобные и не всегда сохраняют необходимые свойства для их использования в процессе отделения цезия от водной системы.

Было бы желательным включить гидроксиароматические лиганды в стабильную гидрофильную полимерную твердую смолу, в которой селективные свойства гидроксиароматических лигандов для катионов цезия поддерживаются в фактической системе отделения и в которой лиганды можно эффективно повторно использовать при быстрой кинетике, большей в сотни и тысячи раз, для проведения отделения. Повторное использование таких лигандов делает их использование экономичным и значительно ценным с промышленной точки зрения. Эти цели достигаются посредством конденсирования формальдегида с поли (гидроксиарилен) лигандом и, факультативно, другими алкокси- или гидроксиароматическими соединениями или метилированными гидроксиароматическими соединениями для образования полимерной смолы и использованием таких содержащих поли (гидроксиарилен) полимерных смол в реальных процессах отделения.

Настоящее изобретение нацелено на селективное извлечение цезия из промышленных потоков и, в частности, из ядерных потоков-отходов, содержащих ионы цезия вместе с другими ионами щелочных металлов, которые могут присутствовать в более высоких концентрациях, но которые не предназначены для извлечения посредством таких содержащих поли (гидроксиарилен) полимерных смол. Затем ионы Cs, отделенные от таких потоков, удаляются из лиганда элюированием с использованием принимающей жидкости. Под другими щелочными металлами имеются в виду те металлы классификации IA Периодической таблицы, которые выбираются из группы, состоящей из лития, натрия, калия и рубидия. Другие катионы металлов, т.е. катионы щелочноземельных и переходных металлов, тоже могут присутствовать в таких промышленных потоках.

Поли (гидроксиарилен) лиганды это те, которые выбираются из группы, состоящей из каликс (6) арена, каликс (8) арена, алкил-октолов и флороглюцида. Эти лиганды представлены формулами I-IV так:

где в формуле III R - это нижний алкил и предпочтительно пропил. Стрелки указывают реакционноспособные участки на разных поли (гидроксиарилен) лигандах. Все эквивалентные участки в равной степени реакционноспособны для реакций гидроксиметилирования. Эти полимерные смолы готовятся реакцией поли (гидроксиарилен) лигандов с формальдегидом и, факультативно, с другим алкокси- или гидроксиароматическим соединением или метилированным гидроксиароматическим соединением. Реакция проходит путем гидроксиметилирования одного ароматического кольца поли (гидроксиарилен) лиганда формальдегидом в присутствии сильной кислоты или щелочи, за чем следует конденсирование другим алкокси- или гидрокси-замещенным ароматическим кольцом с образованием метиленовой связи между поли (гидроксиарилен) лигандом и другим замещенным ароматическим кольцом, которое также может быть поли (гидроксиарилен) лигандом или алкокси- или гидрокси-замещенным ароматическим соединением, таким как фенол и производные фенола, такие как ресорцинол и нафтол; замещенные метоксибензолы, такие как 1,3-диметоксибензол; и другие аналогичные соединения, которые могут реагировать с формальдегидом. Считается, что присутствие этих алкокси- или гидрокси-замещенных ароматических соединений в полимерной смоле снижает количество катионов, таких как Na+ и K+, которые отделяются от исходного раствора вместе с Cs, когда используется сополимер.

Реакция конденсации происходит следующим образом:
Ar + HCHO ---> ArCH₂OH
ArCH₂OH + Ar ---> ArCH₂Ar
Реакция полимеризации проходит с рядом мест реакции у каждого поли (гидроксиарилен) лиганда, как указано стрелками. Кроме того, алкокси- или гидроксиароматические соединения, такие как фенол и ресорцинол, имеют ряд мест реакции и поэтому реакция конденсации проходит путем ступенчатой реакции полимеризации с образованием сети перекрестно связанных ароматических колец, соединенных посредством метиленовых мостиков, как обычно, в смолах типа фенолформальдегид. Поэтому состав полимера будет меняться. Полимерные смолы - это стекловидные твердые вещества, которые можно раздробить и которые являются гидрофильными. Они имеют красновато-коричневый цвет и только слегка дают усадку и вспучиваются.

Хотя состав меняется, активная часть поли (гидроксиарилен)- лиганда будет состоять из приблизительно 5-100 мольной концентрации полимера.

Содержащие поли (гидроксиарилен)-лиганд полимерные смолы характеризуются селективностью к ионам цезия и удалением их из исходного раствора. Эти исходные растворы являются обычно растворами для хранения ядерных отходов с высоко основным pH, нейтральные к промышленным сточным водам с основным pH или к загрязненным потокам грунтовых вод. Как отмечено выше, такие ионы присутствуют в потоках, получаемых в полупроводниковой промышленности, при очистке радиоактивных отходов, при рафинировании металлов, в электроэнергетике и в других промышленных отраслях. Подлежащие удалению ионы Cs обычно присутствуют в малых концентрациях и находятся в примеси с другими катионами щелочных металлов и комплексообразующими или химическими агентами, которые не желательно удалять, но которые присутствуют в намного больших концентрациях в растворе. Отделение осуществляется в разделительном устройстве, таком как колонна, через которую пропускается раствор.

Процесс селективного извлечения и концентрирования катионов Cs характеризуется способностью количественно и селективно образовывать комплексы из большего объема раствора Cs, присутствующего в малых концентрациях. Катионы Cs удаляются из разделительной колонны путем пропускания через нее небольшого объема первой принимающей жидкости, которая содержит реагенты, количественно извлекающие ионы Cs из колонны. Затем извлечение отделенных катионов Cs из принимающей фазы или жидкости можно завершить известными процедурами.

Как кратко говорилось выше, изобретение направлено на использование разных содержащих поли (гидроксиарилен)-лиганд полимерных смол для извлечения, концентрирования и отделения катионов цезия от растворов, содержащих катионы других щелочных металлов и, в частности, от радиоактивных потоков-отходов. Такие растворы, из которых ионы Cs должны быть сконцентрированы, выделены или/и извлечены называются здесь "исходными растворами". Во многих случаях концентрация Cs в исходных растворах будет намного меньшей, чем концентрация катионов других щелочных металлов и других катионов, от которых должен быть отделен Cs.

Выделение и концентрирование Cs осуществляется путем образования лигандного комплекса выбранных катионов Cs с полимерной смолой, содержащей активную мольную концентрацию лиганда поли (гидроксиарилена), представленного формулами I-IV, посредством пропускания исходного раствора, содержащего Cs и другие катионы, через колонну, наполненную смолой, чтобы притянуть и связать катионы Cs с частью поли (гидроксиарилен)-лиганда смолы. Ионы Cs, комплексированные таким образом к лиганду, селективно удаляются из соединения путем разрушения комплекса лиганд-катион при пропускании принимающего раствора через колонну. Принимающий раствор используется в гораздо меньшем объеме, чем объем начального исходного раствора, так что ионы Cs, извлеченные в принимающую жидкость, находятся в концентрированном виде по сравнению с исходным раствором. Принимающие жидкости или регенерирующие (извлекающие) растворы - это водные растворы, в которых растворяются катионы Cs и которые имеют большее сродство с катионами Cs, чем лиганд поли (гидроксиарилен) или которые протинируют лиганд. В любом случае, ионы Cs количественно удаляются с лиганда в концентрированном виде в принимающем растворе. Когда ионы Cs перешли в принимающую жидкость, при желании извлечение их можно завершить известными процедурами.

Содержащие поли (гидроксиарилен)-лиганд полимерные смолы, включающие в себя лиганды, представленные формулами I-IV, могут приготовляться разными способами, описанными выше и проиллюстрированными в нижеследующих примерах.

Пример 1
Полимер был приготовлен из ресорцинола, формальдегида и каликс (6) арена. Каликс (6) арен готовился известными процедурами, К.Д.Гутше и др., 68 Org. Synth. 238 (1990). В трехгорлой колбе с круглым дном, снабженной механической мешалкой и конденсатором, соединялись 6,6 г ресорцинола, 6,6 г каликс (6) арена и 4,8 г NaOH. Реакция проводилась в присутствии азота в течение всей полимеризации. Смесь нагревалась в колбе с обратным холодильником, добавлялся карбонат кальция (12 г), и раствор перемешивался в течение 5-45 минут. Затем медленно добавлялся формальдегид (36 г) в виде 37% раствора в воде. Смесь нагревалась в колбе с обратным холодильником примерно в течение половины суток. Затем вода удалялась при пониженном давлении, и получившийся материал высушивался в течение половины суток в вакуумной сушильной печи при 30-75^oC. Затем высушенный полимер помещался в химический стакан с перемешиванием в воде и подкислялся HCl. Смесь перемешивалась 6-24 часа, фильтровалась и высушивалась. Получившийся полимерный продукт, имеющий содержание каликс (6) арена около 17 мольной концентрации, затем испытывался на свойства ионной связи.

Пример 2
Процедура примера 1 была повторена за исключением того, что вместо ресорцинола использовался фенол (7 г). Затем получившийся полимерный продукт, имеющий содержание каликс (6) арена около 14 мольной концентрации, испытывался на свойства ионной связи.

Пример 3
Процедура примера 1 была повторена за исключением того, что вместо ресорцинола и каликс (6) арена использовался флороглюцид. Получившийся полимерный продукт, имеющий содержание флороглюцида около 100 мольной концентрации, затем испытывался на свойства ионной связи.

Пример 4
Процедура примера 1 была повторена за исключением того, что ресорцинол заменялся 1,3-диметоксибензолом (7 г) и реакционная смесь нагревалась в колбе с обратным холодильником в течение 124-180 часов до удаления воды при пониженном давлении. Затем получившийся полимерный продукт, имеющий содержание каликс (6) арена около 17 мольной концентрации, испытывался на свойства ионной связи.

Пример 5
Процедура примера 1 была повторена за исключением того, что вместо каликс (6) арена использовался пропил-октол (6,6 г). Октол готовился согласно 54 J. Org. Chem. 1305 (1989), где группа R - это пропил. Затем получившийся полимерный продукт, имеющий содержание пропил-октола около 20 мольной концентрации, испытывался на свойства ионной связи.

Пример 6
Процедура примера 1 была повторена за исключением того, что вместо ресорцинола и каликс (6) арена использовался пропил-октол. Затем получившийся полимерный продукт, имеющий содержание пропил-октола около 100 мольной концентрации, испытывался на свойства ионной связи.

Пример 7
Процедура примера 1 была повторена за исключением того, что вместо каликс (6) арена использовался каликс (8) арен. Затем получившийся полимерный продукт, имеющий содержание каликс (8) арена около 16 мольной концентрации, испытывался на свойства ионной связи.

Процесс селективного и количественного концентрирования и извлечения цезия, присутствующего в малых концентрациях, из ряда других катионов щелочных металлов и возможно от других катионов, которые могут присутствовать в гораздо больших концентрациях, включает в себя (а) приведение содержащего множество ионов исходного раствора в контакт с содержащей поли (гидроксиарилен)-лиганд полимерной смолой, в которой лиганд имеет формулы I-IV, что заставляет частицы Cs образовывать комплекс с частью поли (гидроксиарилен)-лиганда смолы, и (б) последующее разрушение или удаление комплексированного катиона Cs принимающим раствором, в котором (1) растворяются ионы Cs и (2) который имеет большее сродство к ионам Cs, чем поли (гидроксиарилен)-лиганд, или протонирует лиганд, тем самым вытесняя Cs из лиганда. Принимающий или регенерирующий раствор содержит ионы цезия в концентрированном виде.

Полимерная смола, содержащая поли (гидроксиарилен)-лиганд (PR-L), притягивает ионы цезия (Cs) в виде катионного комплекса согласно формуле V:
PR-L + Cs ---> PR-L:Cs (формула V),
где PR означает полимерную смолу и L означает часть поли (гидроксиарилен)-лиганда этой смолы; Cs означает выделяемый ион цезия.

Когда катионы Cs связаны с содержащими поли (гидроксиарилен)-лиганд полимерными смолами, эти образовавшие комплекс катионы Cs затем отделяются от смолы в отдельной принимающей жидкости с использованием меньшего объема принимающей жидкости согласно формуле VI:
PR-L:Cs + RL ---> PR-L + RL:Cs (формула VI),
где RL означает принимающую жидкость.

Описанный здесь предпочтительный пример реализации изобретения включает в себя проведение процесса посредством приведения большого объема исходного раствора, содержащего ряд ионов, как определено выше, каковой раствор может содержать большие концентрации ионов Na и K и может также содержать другие комплексирующие или/и хелирующие агенты, в контакт с содержащей поли (гидроксиарилен)-лиганд полимерной смолой в разделительной колонне, через которую сначала пропускают исходный раствор, чтобы образовать комплексы катионов Cs с поли (гидроксиарилен)-лигандными полимерными смолами, как указано в формуле V выше, за чем следует последовательное пропускание через колонну меньшего объема принимающей жидкости, как указано в формуле VI выше.

Примерами принимающих жидкостей, которые извлекут катионы Cs из лиганда, являются 0,5 М HNO₃, 0,5-6 М HCl, 0,5-1 М H₂SO₄, 1 М уксусной кислоты и т.п. и любые другие, обладающие аналогичными свойствами, позволяющими удалять катионы Cs из колонны. Степень или величина концентрации принимающей жидкости очевидно будет зависеть от концентрации катионов Cs в исходном растворе и от объема обрабатываемого исходного раствора. Фактором являются также конкретные используемые принимающие жидкости. Вообще говоря, концентрация ионов Cs в принимающей жидкости будет в 20 - 1000000 раз превышать концентрацию в исходном растворе. Вместо колонны можно применить другой эквивалентный аппарат, например, суспензию, которая фильтруется и затем промывается принимающей жидкостью, чтобы разрушить комплексы и удалить катионы Cs. Затем концентрированные катионы Cs извлекаются из принимающей жидкости известными процедурами, знакомыми специалистам.

Следующие примеры показывают, как можно использовать содержащие поли (гидроксиарилен)-лиганд полимерные смолы для извлечения, концентрирования и отделения катионов Cs, когда они присутствуют в некоторых исходных растворах. Смола, содержащая поли (гидроксиарилен)-лиганд, помещается в колонну. Водный исходный раствор, содержащий смесь некоторых катионов Cs и катионов других щелочных металлов, включая любые другие ионы металлов, которые могут присутствовать в гораздо больших концентрациях, пропускается через колонну. Скорость течения раствора можно увеличить, приложив давление с помощью насоса наверху или внизу колонны или создав вакуум в принимающем сосуде. После того, как исходный раствор прошел через колонну, гораздо меньший объем регенерирующего раствора (принимающей жидкости), т.е. водных растворов, в которых (а) растворимы катионы Cs и (б) которые имеют большее сродство к катионам Cs, чем поли (гидроксиарилен)-лиганд, или протонируют лиганд, тем самым вытесняя ионы Cs из лиганда, пропускаются через колонну. Регенерирующий раствор (принимающая жидкость) отрывает катионы Cs и собирает их. Затем эти катионы Cs присутствуют в концентрированном виде для последующего извлечения. Предыдущий перечень принимающих растворов является примерным, и можно также использовать другие принимающие растворы. Единственное ограничение, налагаемое на принимающий раствор, - это его способность удалять катионы Cs из поли (гидроксиарилен)-лиганда.

В следующих примерах отделения и извлечения катионов Cs используются полимерные смолы, содержащие поли (гидроксиарилен)-лиганды, приготовленные, как описано в примерах 1-7. Эти примеры только иллюстративны и не охватывают многие типы отделений ионов Cs, которые возможны с использованием полимерных смол этого изобретения.

Пример 8
В этом примере 0,1 г полимерного материала из примера 1 помещалось в колонну. 100 мл исходного раствора с 10 чнм Cs в 0,1 М Na₂CO₃ пропускалось через колонну с использованием течения под действием собственного веса. Затем колонна промывалась 5 мл деионизированной воды для удаления ионов Na. Наконец, Cs элюировался с использованием 5 мл 0,5 М HNO₃ в качестве регенерирующего раствора. Пламенный АА спектрофотометрический анализ показал, что Cs был удален из исходного раствора до уровня ниже уровня обнаружения в 1 чнм и что более чем 95% Cs, начально находившегося в 100 мл исходного раствора, было в 5 мл регенерирующего раствора.

Пример 9
В этом примере 0,1 г полимерного материала из примера 2 помещалось в колонну. 100 мл исходного раствора с 10 чнм Cs в 0,1 М KNO₃ плюс 4 М NaNO₃, плюс 1 М NaOH пропускались через колонну под действием своего веса. Затем колонна промывалась 5 мл деионизированной воды для удаления ионов Na и К. Наконец, Cs элюировался с использованием 5 мл 0,5 М HNO₃ в качестве регенерирующего раствора. Пламенный AA спектрофотометрический анализ показал, что Cs был удален из исходного раствора до уровня ниже уровня обнаружения в 1 чнм и что больше, чем 95% Cs, начально находившегося в 100 мл исходного раствора, было в 5 мл регенерирующего раствора.

Пример 10
В этом примере 0,1 г полимерного материала из примера 3 помещалось в колонну. Во всех других отношениях процедура была той же самой, что и в примере 9, и результаты были тоже теми же самыми.

Пример 11
В этом примере 0,1 г материала из примера 4 помещалось в колонну. 100 мл исходного раствора, содержащего 10 чнм Cs в 5х10 М RnNO₃, 0,43 М Al(NO³)₃, 0,15 М Na₂SO₄, 3,4 М NaOH, 0,23 М Na₂CO₃, 0,43 М NaNO₂, 1,67 М NaNO₃, 0,089 М NaF и 0,025 М Na₃PO₄, пропускалось через колонну под действием своего веса. Этот раствор аналогичен соединению многих образующихся сверху в результате отстаивания растворов в резервуарах для ядерных отходов на участке DOE Хэнфорд, Вашингтон. Затем колонна промывалась 5 мл 2 М NaOH, за чем следовало 5 мл деионизированной воды для удаления других присутствующих элементов. Наконец, Cs был элюирован с использованием 5 мл 0,5 М HNO₃ в качестве регенерирующего раствора. Пламенный AA спектрофотометрический анализ показал, что Cs был удален из исходного раствора до уровня ниже уровня обнаружения в 1 чнм и что более чем 95% Cs, начально присутствовавшего в 100 мл исходного раствора, находилось в 5 мл регенерирующего раствора, а уровни Na и Al были ниже уровня обнаружения в регенерирующем растворе.

Пример 12
Процесс примера 11 повторялся за исключением того, что 0,12 М KNO₃ также добавлялось в исходный раствор. Результаты также были аналогичны результатам в примере 11. Способность осуществлять отделение Cs так эффективно в присутствии калия важна, поскольку именно здесь не срабатывает большинство существующих систем. Одна такая система - это ионообменная смола CS-100, содержащая полимер фенолформальдегид, а также родственный полимер ресорцинол-формальдегид.

Пример 13
В этом примере 0,1 г полимерного материала из примера 5 помещалось в колонну. Во всех других отношениях процедура была той же самой, что и в примере 9, и результаты также были теми же самыми.

Хотя это изобретение было описано и иллюстрировано со ссылками на определенные конкретные полимерные смолы, содержащие поли (гидроксиарилен)-лиганды, как показано в формулах I-IV, и на процесс их применения, другие аналоги этих поли (гидроксиарилен)-лигандов также находятся в рамках этого изобретения, определяемого следующей формулой изобретения.

Claims

1. Способ концентрирования, извлечения и отделения катионов цезия от исходного раствора, содержащего катионы других щелочных металлов, включающий в себя приведение исходного раствора в контакт с материалом, образующим комплексы с катионами цезия, и последующее отделение цезия, отличающийся тем, что исходный раствор, имеющий первый объем, приводят в контакт с содержащей поли (гидроксиарилен)-лиганд полимерной смолой, являющейся продуктом реакции указанного поли (гидроксиарилен)-лиганда, формальдегида и, факультативно, другого алкокси- или гидроксиароматического соединения или метилированного гидроксиароматического соединения и имеющей около 5 - 100 мольной концентрации поли (гидроксиарилен)-лиганда, причем участок лиганда указанной полимерной смолы имеет сродство к катионам цезия для образования комплекса между катионами цезия и частью содержащей поли(гидроксиарилен)-лиганд указанной полимерной смолы, удаляют исходный раствор, прекращая его контакт с полимерной смолой, с которой катионы цезия образовали комплексы, и осуществляют контакт указанной полимерной смолы с меньшим объемом водного принимающего раствора, в котором растворимы катионы цезия и который имеет большее средство к катионам цезия, чем поли (гидроксиарилен)-лиганд, или который протонирует указанный лиганд, отрывая катионы цезия от лиганда и извлекая цезий в концентрированном виде в принимающий раствор.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поли (гидроксиарилен)-лиганд выбирают из группы, состоящей из:

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанный поли (гидроксиарилен)-лиганд - это:

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанный поли (гидроксиарилен)-лиганд - это:

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанный поли (гидроксиарилен)-лиганд - это:

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что R - это пропил.

7. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанный поли (гидроксиарилен)-лиганд - это:

8. Способ по п.2, отличающийся тем, что содержащую поли (гидроксиарилен)-лиганд полимерную смолу помещают в колонну и сначала пропускают через заполненную колонну указанный исходный раствор для образования комплекса между катионами цезия и полимерной смолой, затем через заполненную колонну пропускают указанный объем принимающего раствора для извлечения катионов цезия в концентрированном виде в принимающий раствор путем отрыва катионов цезия от полимерной смолы.

9. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве принимающего раствора используют любой раствор, имеющий свойства, позволяющие отрывать катионы цезия от поли (гидроксиарилен)-лиганда в указанной колонне.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что принимающий раствор выбирают из группы, состоящей из 0,5 М HNO₃, 0,5 - 6 М HCl, 0,5 - 1 М H₂SO₄ и 1 М уксусной кислоты.

11. Полимерная смола, содержащая поли (гидроксиарилен)-лиганд, отличающаяся тем, что она является продуктом реакции поли (гидроксиарилен)-лиганда, формальдегида и, факультативно, другого алкокси- или гидроксиароматического соединения или метилированного гидроксиароматического соединения и имеет примерно 5 - 100 мольную концентрацию поли (гидроксиарилен)-лиганда.

12. Полимерная смола по п.11, отличающаяся тем, что поли (гидроксиарилен)-лиганд выбирается из группы, состоящей из:

13. Полимерная смола по п. 12, отличающаяся тем, что указанный поли (гидроксиарилен)-лиганд - это:

14. Полимерная смола по п. 12, отличающаяся тем, что указанный поли (гидроксиарилен)-лиганд - это:

15. Полимерная смола по п. 12, отличающаяся тем, что указанный поли (гидроксиарилен)-лиганд - это:

16. Полимерная смола по п.15, отличающаяся тем, что R - это пропил.

17. Полимерная смола по п. 12, отличающаяся тем, что указанный поли (гидроксиарилен)-лиганд - это: