RU2574595C1 - Состав экстракционно-хроматографического материала для селективного выделения и очистки прометия-147 от сопутствующих редкоземельных элементов из азотнокислых растворов - Google Patents

Состав экстракционно-хроматографического материала для селективного выделения и очистки прометия-147 от сопутствующих редкоземельных элементов из азотнокислых растворов Download PDF

Info

Publication number
RU2574595C1
RU2574595C1 RU2015102220/04A RU2015102220A RU2574595C1 RU 2574595 C1 RU2574595 C1 RU 2574595C1 RU 2015102220/04 A RU2015102220/04 A RU 2015102220/04A RU 2015102220 A RU2015102220 A RU 2015102220A RU 2574595 C1 RU2574595 C1 RU 2574595C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
extraction
promethium
purification
nitric acid
acid solutions
Prior art date
Application number
RU2015102220/04A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Евгеньевич Баулин
Антон Владимирович Баулин
Дмитрий Владимирович Баулин
Ольга Васильевна Коваленко
Аслан Юсупович Цивадзе
Анатолий Николаевич Усолкин
Николай Геннадьевич Яковлев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Сорбент-Технологии" (ООО "Сорбент-Технологии")
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Сорбент-Технологии" (ООО "Сорбент-Технологии") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Сорбент-Технологии" (ООО "Сорбент-Технологии")
Application granted granted Critical
Publication of RU2574595C1 publication Critical patent/RU2574595C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к области химической технологии утилизации высокорадиоактивных растворов, получаемых при переработке облученного ядерного топлива, а именно к составам экстракционно-хроматографических материалов импрегнированного типа для селективного выделения и очистки прометия-147 от сопутствующих РЗЭ из азотнокислых растворов, которые состоят из двух компонентов при следующем содержании: 1-50 мас.% фосфорилподанда - производного 1,5-бис[2-(оксиалкоксифосфорил)-4-(этил)]фенокси-3-оксапентана формулы
Figure 00000002
,
где R представляет собой алкил C3-C12, и 99-50 мас.% макропористого сферически гранулированного сополимера стирола с дивинилбензолом с размером гранул 40-400 мкм. Технический результат - состав нового высокоэффективного экстракционно-хроматографического материала для селективного выделения и очистки прометия-147 от сопутствующих РЗЭ из азотнокислых растворов. 6 ил., 1 пр.

Description

Прометий-147 (период полураспада = 2,64 года) считается одним из самых перспективных радионуклидов для бета-вольтаических элементов. Максимальная энергия δ-частиц прометия 0,223 МэВ. Мощность, выделяющаяся в оксиде прометия (при плотности в спеченном состоянии около 6,6 г/см3), приближается к 1,1 Вт/см3. Прометий-147 выделяют из смеси радионуклидов, получаемых при переработке отработавшего ядерного топлива, при этом основной проблемой является отделение Pm-147 от несоизмеримо больших количеств сопутствующих высокоактивных α- и γ-излучателей. В существующих промышленных технологиях получения Pm-147 основное количество примесей отделяется осаждением и жидкостной экстракцией с последующей доочисткой полученного концентрата Pm-147 ионообменной хроматографией на смоле Dowex 50 W-Х4 в кислотной форме, при этом в качестве элюента применяются растворы диэтилентриаминопентануксусной и лимонной кислот. Конечный продукт, как правило, содержит сопутствующие РЗЭ, в частности изотопы La-140, Eu-154, Eu-155, Се-144, Nd-147 и др., удаление которых весьма затруднено даже путем многократного применения ионообменной или экстракционной хроматографии на существующих катионообменных или экстракционно-хроматографических материалах.
Настоящее изобретение относится к области химической технологии переработки радиоактивных растворов, получаемых при переработке облученных ядерных материалов, а именно к составам экстракционно-хроматографических материалов импрегнированного типа для очистки Pm-147 от сопутствующих РЗЭ из азотнокислых растворов.
Целью заявляемого изобретения является повышение избирательности выделения и степени очистки Pm-147 от близким по свойствам сопутствующих РЗЭ из азотнокислых растворов.
Поставленная задача решается тем, что предложен состав нового экстракционно-хроматографического материала импрегнированного типа, который состоит из двух компонентов: 1) комплексообразующее соединение, относящееся к классу фосфорилподандов, - производное 1,5-бис[2-(оксиалкоксифосфорил)-4-(этил)]фенокси-3-оксапентана II, где R представляет собой алкил С312, в количестве от 1 до 50 масс.%, 2) макропористый сферически гранулированный сополимер стирола с дивинилбензолом с размером гранул 40-400 мкм в количестве от 99 до 50 масс.%.
Наиболее близким аналогом по свойствам к предлагаемому техническому решению является сорбент марки "LN Resin", выпускаемый компанией "Eichrom Technologies, Inc", в котором в качестве комплексообразующего компонента используется ди(2-этилгексил)ортофосфорная кислота (Д2ЭГФК) [1. Knapp, Jr. and al. "Chromatographic extraction with di(2-ethylhexyl)ortophosphoryc acid for production and purification of Prometiun-147"United States Patent No US 7,435,399 B2]. К недостаткам сорбента «LN Resin» при его применении для выделения Pm-147 из азотнокислых растворов можно отнести низкие коэффициенты разделения близких по свойствам РЗЭ, растворимость ди(2-этилгексил)ортофосфорной кислоты в растворах азотной кислоты, что приводит к его вымыванию с поверхности сорбента и, как следствие, к нестабильности процесса выделения и очистки Pm-147.
Следующие примеры иллюстрируют изобретение.
Спектры ЯМР регистрировали на приборах «Bruker-СРХ-200» и «Bruker-DXP-200» (200 МГц), ПМР относительно тетраметилсилана, ЯМР 31Р относительно 85% Н3РО4. Дициклогексилкарбодиимид, октанол и безводный тетрагидрофуран поставлены компанией "Aldrich" и использовались без дополнительной очистки.
Целевые производные 1,5-бис[2-(оксиоктилфосфорил)-4-этилфенокси]-3-оксапентана II синтезировали по известному методу [R. Chiarizia, Е.Р. Horwitz, P.G. Richert and A.W. Herlinger // Solvent Extr. and Ion Ex., 1996. V. 14. №5. P. 773-792]. При этом в качестве исходного соединения использовался 1,5-бис[2-(диоксифосфорил)-4-этил-фенокси]-3-оксапентан I, синтез которого описан ранее [Л.Х. Миначева, В.Е. Баулин, И.С. Иванова, Е.Н. Пятова, И.П. Калашникова, А.В. Чураков, B.C. Сергиенко, А.Ю. Цивадзе // Журн. неорган. химии. 2013. Т. 58. №8. С. 1033-1043], дициклогексилкарбодиимид использовался как водоотнимающий агент, а безводный тетрагидрофуран (ТГФ) в качестве растворителя (фиг. 1).
1,5-бис[2-(оксиоктилоксифосфорил)-4-этилфенокси]-3-оксапентан II. К смеси 4.74 г (0.01 моль) 1,5-бис[2-(диоксифосфорил)-4-этилфенокси]-3-оксапентана и 2.73 г (0.021 моль) октанола в 40 мл безводного ТГФ по каплям, в течение 2 ч, при перемешивании добавили раствор 4.32 г (0.021 моль) дициклогексилкарбодиимида в 30 мл ТГФ при температуре 60°C. Реакционную смесь перемешивали при кипении 24 ч, 2 ч при температуре 22°C и отфильтровали осадок. Маточный раствор упарили на роторном испарителе, остаток выдержали в вакууме (2 ч, 1 мм рт.ст., 150±5°C). Остаток хроматографировали на колонке с силикагелем марки L. Элюент: CHCl3, CHCl3:i-PrOH=10:1. Выход I составил 8.53 г (63%). Спектр ПМР (CDCl3, δ, м.д.): 0.87 т (6Н, 3Jн-н=7.5 Гц, 2OCH2(СН2)6СН3), 1.18-1.27 м (30Н, 2Ar-СН2СН3+2OCH2(СН2)6СН3), 2.61 м (4Н, 2Ar-CH2CH3), 4.10-4.17 м (12Н, 2OCH2CH2O+2OCH2(СН2)6СН3), 6.85 м (2Н, Ar-Н), 7.26 м (2Н, Ar-Н), 7.55 д (2Н, J=16 Гц, Ar-Н). Спектр ЯМР 31Р (CDCl3, δ, м.д.): 18.89. Найдено, %: С 64.29, 64.35; Н 9.04, 8.94; Р 9.00, 9.10. C36H60O7P2. Вычислено, %: С 64.84; Н 9.07; Р 9.29.
Пример получения заявляемого экстракционно-хроматографического материала.
Раствор 3.3 г 1,5-бис[2-(оксиоктилоксифосфинил)-4-этил]фенокси-3-оксапентана в 45 мл хлороформа быстро добавляют к суспензии, содержащей 6.7 г сополимера стирола с дивинилбензолом марки LPS-500 с размером сферических гранул 100-150 мкм и 50 мл хлороформа. Полученную смесь перемешивают на магнитной мешалке 1 ч, затем переносят в круглодонную колбу и удаляют растворитель в вакууме на роторном испарителе. Остаток переносят в фарфоровую чашку и сушат до постоянного веса при комнатной температуре. Выход сорбента 10.0 г (100%).
Сорбционные характеристики заявляемых сорбентов по отношению к стабильным изотопам La(III), Nd(III), Sm(III) исследовали в динамических условиях на автоматизированной хроматографической установке Smartline фирмы "Knauer" в элютивном режиме. Исследуемые сорбенты набивались в колонку "сухим методом". Детектирование РЗЭ производили с использованием цветной реакции с арсеназо М.
Прометий является 61 элементом Периодической системы, его ближайшими соседями, а следовательно, и наиболее близкими по химическим свойствам, являются неодим и самарий. С другой стороны, в технологиях выделения и очистки прометия, наиболее критичными загрязнителями являются лантан и церий. Поэтому первичную оценку возможности использования разработанных экстракционно-хроматографических материалов для селективного выделения и очистки прометия проводили на основании результатов разделения стабильных изотопов La3+, Се3+, Nd3+ и Sm3+. Сорбенты, показавшие наибольшую эффективность для разделения этих элементов, в дальнейшем исследовались при выделении изотопа Pm-147 из реальных технологических проб ФГУП "ПО МАЯК".
Элютивные выходные кривые при разделении смеси, содержащей La3+, Nd3+и Sm3+ в концентрациях 50 мг/л, 52 мг/л, 100 мг/л соответственно, приведены на фиг. 2. При этом количество сорбента составляло 670 мг, содержание фосфорилподанда IIa в сорбенте составляло 33.0%, в качестве носителя применялся сополимер стирола с дивинилбензолом марки LPS-500 с размером частиц 40-70 мкм. Концентрация азотной кислоты в исходном растворе составляла 0.08 М. Разделение проводили при скорости потока 0.5 мл/мин, объем единичной пробы составлял 140 мкл. Для сравнения в аналогичных условиях (La3+ (50 мг/л), Nd3+ (52 мг/л) и Sm3+ (100 мг/л), количество сорбента 321 мг, концентрация азотной кислоты 0.08 М, скорость потока 0.5 мл /мин, объем пробы 140 мкл) был исследован экстракционно-хроматографический материал "LN Resin", выпускаемый компанией "Eichrom Technologies, Inc" (фиг. 3). Сравнение данных, представленных на фиг. 2 и 3, показывает, что экстракционно-хроматографический материал, изготовленный на основе фосфорилподанда IIa, может быть использован для разделения азотнокислого раствора, содержащего La3+, Nd3+ и Sm3+ в элютивном режиме, в то время как, в этих условиях, разделение этих РЗЭ на сорбенте "LN Resin" не происходит. Более того, нами был изготовлен экстракционно-хроматографический материал, являющийся аналогом "LN Resin" по используемому комплексообразующему соединению (ди(2-этилгексил)ортофосфорная кислота). При этом условия изготовления, содержание комплексообразующего сорбента и материала полимерной матрицы (сополимер стирола с дивинилбензолом марки LPS-500) полностью соответствовали условиям изготовления и материала матрицы заявляемого сорбента.
Сравнение данных по разделению лантана неодима и самария в идентичных условиях (La3+ (50 мг/л), Nd3+ (52 мг/л), Sm3+ (100 мг /л), концентрация азотной кислоты равна 0,08 М, скорость подачи раствора 0,5 мл/мин, объем пробы 140 мкл) на заявляемом сорбенте (33% поданда IIa, носитель LPS-500 40-70 мкм) и прототипе (33% Д2ЭГФК, носитель LPS-500 40-70 мкм) (фиг. 4) показывает отсутствие разделения этих РЗЭ на сорбенте, изготовленном на основе ди(2-этилгексил)ортофосфорная кислоты. При этом масса сравниваемых сорбентов в колонке была выбрана так, чтобы весовое количество Д2ЭГФК было равно количеству поданда IIa.
Следует отметить, что заявляемый сорбент менее эффективен для разделения Се3+/Nd3+, чем La3+/Nd3+ (фиг.5,2). (Се3+ (80 мг/л), Nd3+ (52 мг/л), Sm3+ (100 мг/л), сорбент: количество - 536 мг, носитель LPS-500 с размером частиц - 40-70 мкм, содержит 33% фосфорилподанда IIa). Концентрация азотной кислоты - 0.08 М. Скорость потока 0.5 мл/мин. Объем пробы 140 мкл.
Заявляемый сорбент (содержащий 33% фосфорилподанда IIa, матрица LPS-500 с размером частиц 40-70 мкм) исследован для разделения La(III) (1) Се(III) (2) и 147Pm(III) (3) в технологической пробе (фиг. 6). Условия эксперимента: колонка диаметром 4.6 мм, 1500 мг сорбента, элюент 0.08 м азотная кислота при скорости 0.5 мл/мин.
Таким образом, на основании представленных данных, можно сделать вывод, что заявляемые экстракционно-хроматографические материалы могут быть использованы для селективного выделения и очистки прометия-147 от сопутствующих редкоземельных элементов из азотнокислых растворов, существенно превосходя существующий прототип.
Подписи к рисункам
Фиг. 1. Схема получения производных 1,5-бис[2-(оксиалкоксифосфорил)-4-этилфенокси]-3-оксапентанов II.
Фиг. 2. Разделение смеси La3+ (50 мг/л), Nd3+ (52 мг/л) и Sm3+ (100 мг /л) на заявляемом сорбенте 1-лантан, 2-неодим, 3 - самарий.
Фиг. 3. Разделение смеси La3+ (50 мг/л), Nd3+ (52 мг/л) и Sm3+) (100 мг/л) на сорбенте "LN Resin".
Фиг. 4. Сравнение сорбентов на основе фосфорилподанда IIa и ди(2-этилгексил)-ортофосфорной кислоты.
Фиг. 5. Разделение смеси Се3+ (50 мг/л), Nd3+ (52 мг/л) и Sm3+) (100 мг /л) на заявляемом сорбенте.
Фиг. 6. Разделение смеси La3+ (20 мг/л), Се3+ (40 мг/л) и 147Pm3+ (80 мг/л) (технологическая проба). 1-лантан, 2-церий, 3 - прометий-147.

Claims (1)

  1. Состав экстракционно-хроматографических материалов импрегнированного типа для селективного выделения и очистки прометия-147 от сопутствующих РЗЭ из азотнокислых растворов, которые состоят из двух компонентов при следующем их содержании: 1-50 мас.% фосфорилподанда - производного 1,5-бис[2-(оксиалкоксифосфорил)-4-(этил)]фенокси-3-оксапентана
    Figure 00000001
    ,
    где R представляет собой алкил С312, и 99-50 мас.% макропористого сферически гранулированного сополимера стирола с дивинилбензолом с размером гранул 40-400 мкм.
RU2015102220/04A 2015-01-27 Состав экстракционно-хроматографического материала для селективного выделения и очистки прометия-147 от сопутствующих редкоземельных элементов из азотнокислых растворов RU2574595C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2574595C1 true RU2574595C1 (ru) 2016-02-10

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2391349C1 (ru) * 2008-12-03 2010-06-10 Учреждение Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН 1,5-бис[2-(оксиэтоксифосфинил)-4-(этил)фенокси]-3-оксапентан в качестве лиганда для избирательного извлечения тория (iv) в ряду урана (vi) и лантана(iii) из азотнокислых сред
RU2013108298A (ru) * 2013-02-26 2014-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Сорбент-Технологии" (ООО "Сорбент-Технологии") Состав экстракционно-хроматографического материала для селективного выделения u(vi)

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2391349C1 (ru) * 2008-12-03 2010-06-10 Учреждение Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН 1,5-бис[2-(оксиэтоксифосфинил)-4-(этил)фенокси]-3-оксапентан в качестве лиганда для избирательного извлечения тория (iv) в ряду урана (vi) и лантана(iii) из азотнокислых сред
RU2013108298A (ru) * 2013-02-26 2014-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Сорбент-Технологии" (ООО "Сорбент-Технологии") Состав экстракционно-хроматографического материала для селективного выделения u(vi)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Minacheva, L. Kh. et al, Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2013, 58(8), 919-927. Safiulina, A. M. et al, Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2012, 57(4), 601-604. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Kinetics of the adsorption of strontium (II) by a novel silica-based 4, 4′,(5′)-di (tert-butylcyclohexano)-18-crown-6 extraction resin in nitric acid medium
Yamazaki et al. Adsorption behavior of uranium ion using novel phenol-type resins in contaminated water containing seawater
US9659678B2 (en) Method for removing cesium ions from water
CA2986717C (en) Adsorbent for adsorbing iodine compounds and/or antimony, method for preparing said adsorbent, and method and apparatus for treating radioactive waste liquid by using said adsorbent
Yang et al. Solid-phase extraction and separation of heavy rare earths from chloride media using P227-impregnated resins
JP5323925B2 (ja) 吸着剤、その製造方法及びそれを用いたSr−90/Y−90発生器
Baulin et al. Acidic phosphoryl podands as components of extraction chromatography material for selective extraction of promethium-147
RU2574595C1 (ru) Состав экстракционно-хроматографического материала для селективного выделения и очистки прометия-147 от сопутствующих редкоземельных элементов из азотнокислых растворов
Watanabe et al. Optimizing composition of TODGA/SiO2-P adsorbent for extraction chromatography process
Usuda et al. Challenges to develop single-column MA (III) separation from HLLW using R-BTP type adsorbents
Berdous et al. Recovery of heavy metal using solvent impregnated resin (SIR) coupled with Donnan Dialysis
Troshkina et al. Metal sorption by materials with a mobile phase of extractants
JP7066091B2 (ja) 希土類元素及び/又はアクチノイドの吸着材、それを用いた希土類元素及び/又はアクチノイドの回収方法並びにそれを用いたスカンジウム又はアクチノイドの分離方法
JPH01246328A (ja) スカンジウムの補集方法
JP2018123373A (ja) 金属元素の選択的分離方法、及び分離装置
Zhang et al. SPEC Process II. Adsorption of strontium and some typical co-existent elements contained in high level liquid waste onto a macroporous silica-based crown ether impregnated functional composite
Usuda et al. Evaluation study on properties of a novel R-BTP extraction resin-From a viewpoint of simple separation of minor actinides
Morsy et al. Sorption of uranium from waste effluent solutions by mesoporous carbon impregnated with trioctylamine
JP4149330B2 (ja) アクチノイドの分離方法
Kim et al. Adsorption and separation of yttrium (III) and strontium (II) in acidic solutions using a diglycolamic acid-grafted adsorbent
Hubicki et al. Investigations into the separation of nitrate complexes of yttrium (III) from neodymium (III) on anion exchangers of different cross-linking in the system CH3OH-H2O-HNO3
Kim et al. Separation of Y (III) and Sr (II) from acid solutions by extraction chromatography using HDEHP-impregnated adsorbent and its medical application
JPH0196014A (ja) ガドリニウムイオン及びイットリウムイオンの分離回収方法
Kim et al. Adsorption and Separation of Sr (II) and Y (III) by Extraction Chromatography Using HDEHP-impregnated Adsorbent
RU2741009C9 (ru) Способ разделения лютеция и иттербия методом хроматографии