RU2741909C1 - Selenium-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media - Google Patents

Selenium-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media Download PDF

Info

Publication number
RU2741909C1
RU2741909C1 RU2020128578A RU2020128578A RU2741909C1 RU 2741909 C1 RU2741909 C1 RU 2741909C1 RU 2020128578 A RU2020128578 A RU 2020128578A RU 2020128578 A RU2020128578 A RU 2020128578A RU 2741909 C1 RU2741909 C1 RU 2741909C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uranium
sorption
selenium
extraction
oxadiazole
Prior art date
Application number
RU2020128578A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Эдуард Анатольевич Токарь
Константин Викторович Маслов
Андрей Михайлович Егорин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН)
Priority to RU2020128578A priority Critical patent/RU2741909C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2741909C1 publication Critical patent/RU2741909C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/26Synthetic macromolecular compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/285Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using synthetic organic sorbents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G79/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing atoms other than silicon, sulfur, nitrogen, oxygen, and carbon with or without the latter elements in the main chain of the macromolecule
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B60/00Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
    • C22B60/02Obtaining thorium, uranium, or other actinides
    • C22B60/0204Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04Treating liquids
    • G21F9/06Processing
    • G21F9/12Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: organic chemistry.SUBSTANCE: invention relates specifically to selenium-containing polymer based on N'-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide, obtained by a method comprising boiling mixture of 4-amino-N-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide and Se(IV) oxide in solvent to obtain precipitate, which, after cooling to room temperature, is filtered, successively washed with cold distilled water and organic solvents, and then dried to constant weight.EFFECT: proposed selenium-containing polymer is used as sorption material for extraction of uranium from liquid media.1 cl, 1 dwg, 9 ex

Description

Изобретение относится к области органической химии, конкретно к получению селенсодержащего полимера на основе N'-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамида и использованию его в качестве сорбента для извлечения U(VI) из жидких сред, в том числе технологической и морской воды.The invention relates to the field of organic chemistry, specifically to the production of a selenium-containing polymer based on N'-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide and its use as a sorbent for the extraction of U (VI) from liquid media, including technological and sea water.

В процессах добычи и переработки минерального уранового сырья, необходимого для развития атомной энергетики, накапливаются твердые и жидкие радиоактивные отходы, содержащие природный уран и радионуклиды уранового ряда. Это приводит к распространению урана как химического элемента с высокой миграционной способностью в объекты окружающей среды. Высокая химическая опасность урана, имеющего широкий спектр водорастворимых форм в биосфере, а также его радиотоксичность, диктует поиск эффективных способов его концентрирования и выделения из загрязненных природных и технологических вод.In the processes of mining and processing of mineral uranium raw materials necessary for the development of nuclear power, solid and liquid radioactive waste is accumulated, containing natural uranium and uranium radionuclides. This leads to the spread of uranium as a chemical element with a high migration ability into environmental objects. The high chemical hazard of uranium, which has a wide range of water-soluble forms in the biosphere, as well as its radiotoxicity, dictates the search for effective methods for its concentration and isolation from polluted natural and technological waters.

Для количественного извлечения урана из водных сред на практике используют сорбционные методы с применением различных природных и синтетических сорбционных материалов, например, титаносиликатов, фосфорсиликатов, синтетических катионообменных смол и др. Однако, известные и широко применяемые на практике сорбенты эффективны лишь в кислой среде в диапазоне рН 2,0-4,5, а также склонны к деструкции с последующей десорбцией радионуклида. При эксплуатации данных материалов требуется создание специальных условий, что усложняет технологический процесс.For the quantitative extraction of uranium from aqueous media, sorption methods are used in practice using various natural and synthetic sorption materials, for example, titanosilicates, phosphorsilicates, synthetic cation exchange resins, etc. However, sorbents known and widely used in practice are effective only in an acidic medium in the pH range 2.0-4.5, and also prone to destruction followed by desorption of the radionuclide. When using these materials, special conditions are required, which complicates the technological process.

В отличие от упомянутых, известны перспективные полимерные сорбционные материалы, содержащие в своей структуре амидоксимные функциональные группы и обладающие высокой избирательностью к соединениям U(VI) в широком интервале рН от 6 до 9. Особенностью таких сорбентов является тот факт, что аминогруппы в составе амидоксима обеспечивают извлечение уранил-ионов как по механизму ионного обмена, так и в результате комплексообразования.In contrast to the above, promising polymer sorption materials are known that contain amidoxime functional groups in their structure and are highly selective for U (VI) compounds in a wide pH range from 6 to 9. A feature of such sorbents is the fact that amino groups in the amidoxime provide extraction of uranyl ions both by the ion exchange mechanism and as a result of complexation.

Одна из первых работ по извлечению урана из морской воды с помощью амидоксимовых полимеров была проведена в Японии в конце 1970-х и начале 1980-х годов. Так, в [Sugasaka К. et al. «Recovery of Uranium from Seawater» // Journal Separation Science and Technology, 1982, V.16, №9, P. 971] описано получение хелатирующих смол и волокон на основе полиакриламидоксима из различных сополимеров акрилонитрила и сшивающих агентов. Полученные смолы с хелатной амидоксимной группой показали селективную адсорбцию урана в морской воде. Количество урана, адсорбированного из морской воды при комнатной температуре, достигло 3,2 мг/г смолы через 180 дней. Полиакриламидоксимное волокно, которое было приготовлено из полиакрилонитрильного волокна и гидроксиламина, показало высокую скорость адсорбции для урана. Известное волокно, кондиционированное 1 Μ НС1 и 1 Μ NaOH, адсорбировало уран из морской воды в количестве 4 мг/г волокна за 10 дней экспозиции.One of the first studies to extract uranium from seawater using amidoxime polymers was carried out in Japan in the late 1970s and early 1980s. So, in [Sugasaka K. et al. "Recovery of Uranium from Seawater" // Journal Separation Science and Technology, 1982, V.16, No. 9, P. 971] describes the preparation of chelating resins and fibers based on polyacrylamidoxime from various copolymers of acrylonitrile and crosslinking agents. The resulting resins with a chelated amidoxime group showed selective adsorption of uranium in seawater. The amount of uranium adsorbed from seawater at room temperature reached 3.2 mg / g resin after 180 days. Polyacrylamidoxime fiber, which was made from polyacrylonitrile fiber and hydroxylamine, showed a high adsorption rate for uranium. The known fiber, conditioned with 1 Μ HC1 and 1 Μ NaOH, adsorbed uranium from seawater in an amount of 4 mg / g of fiber during 10 days of exposure.

Недостатком описанного сорбента является использование для его получения высокотоксичных сополимеров акрилонитрила. Помимо этого, время достижения значений максимальной адсорбции урана достаточно велико, что усложняет процесс извлечения урана в промышленных условиях.The disadvantage of the described sorbent is the use of highly toxic copolymers of acrylonitrile for its production. In addition, the time to reach the maximum uranium adsorption values is rather long, which complicates the process of uranium extraction in industrial conditions.

Также известны [Seko N. et al. «Fine Fibrous Amidoxime Adsorbent Synthesized by Grafting and Uranium Adsorption-Elution Cyclic Test with Seawater» // Journal Separation Science and Technology, 2004, V. 39, №16, P. 3753] волокнистые адсорбенты амидоксима, синтезированные путем радиационно-индуцированной полимеризации акрилонитрила и метакриловой кислоты и последующей амидоксимации. Адсорбцию урана в морской воде оценивали при закачке морской воды в колонку с адсорбентом. Наилучшее соотношение мономеров акрилонитрила и метакриловой кислоты составило 7:3. Винную кислоту использовали в качестве эффективного элюирующего агента. После каждого элюирования с помощью щелочной обработки восстанавливали сорбционные свойства адсорбентов.Also known [Seko N. et al. "Fine Fibrous Amidoxime Adsorbent Synthesized by Grafting and Uranium Adsorption-Elution Cyclic Test with Seawater" // Journal Separation Science and Technology, 2004, V. 39, No. 16, P. 3753] amidoxime fibrous adsorbents synthesized by radiation-induced polymerization of acrylonitrile and methacrylic acid and subsequent amidoximation. Uranium adsorption in seawater was evaluated by pumping seawater into a column with an adsorbent. The best ratio of acrylonitrile monomers to methacrylic acid was 7: 3. Tartaric acid was used as an effective eluting agent. After each elution, the sorption properties of the adsorbents were restored using alkaline treatment.

Существенным недостатком известного материала является использование токсичных веществ, а также сложный синтез, требующий специального дорогостоящего оборудования.A significant drawback of the known material is the use of toxic substances, as well as a complex synthesis that requires special expensive equipment.

В [пат. CN №108404888, опубл. 17.08.2018] для получения полимерного амидоксимного сорбента методом радиационно-индуцированной полимеризации при дозе облучения 15-100 кГр обрабатывали макромолекулярные волокна или нетканые материалы, а именно полиэтиленовые волокна сверхвысокой молекулярной массы, полиэтиленовые/полипропиленовые волокна, полиэтиленовые волокна высокой плотности, полиэтилен в виде нетканого полотна, полиэтилен/полиэтилентерефталатное волокно, полиамидное волокно, полиэтилен/полипропилен нетканое полотно, полипропиленовое волокно, полиэтилентерефталатное волокно с получением волокна или нетканой ткани с привитой полиакрилонитрильной группой. Затем привитый материал погружали в водный раствор, содержащий гидрохлорид гидроксиламина, для получения базового волокна или нетканного материала с группами амидоксима.In [US Pat. CN No. 108404888, publ. 17.08.2018] to obtain a polymer amidoxime sorbent by radiation-induced polymerization at a radiation dose of 15-100 kGy, macromolecular fibers or non-woven materials, namely ultra-high molecular weight polyethylene fibers, polyethylene / polypropylene fibers, high-density polyethylene fibers, polyethylene in the form of non-woven webs, polyethylene / polyethylene terephthalate fiber, polyamide fiber, polyethylene / polypropylene nonwoven fabric, polypropylene fiber, polyethylene terephthalate fiber to form a fiber or nonwoven fabric grafted with a polyacrylonitrile group. Then, the grafted material was immersed in an aqueous solution containing hydroxylamine hydrochloride to form a base fiber or nonwoven fabric with amidoxime groups.

Недостатками способа также является сложность процесса, так как для его осуществления требуется специальное оборудование.The disadvantages of this method are also the complexity of the process, since it requires special equipment.

В [Frizon Т.Е. et al. «Selenides and diselenides containing oxadiazoles: a new class of functionalised materials)) // Liquid Crystals, 2012, V. 39, №6, P.769] приводится методика синтеза селенорганических соединений. Связывание арилбромидов с элементарным селеном катализировали нанопорошком оксида меди в присутствии гидроксида калия с использованием диметилсульфоксида в качестве растворителя. В результате синтеза получили производные диселенидов 1,2,4 и 1,3,4-оксадиазола. Известные соединения не являются полимерными сорбентами, а относятся к жидким кристаллам смектической Α-фазы. Также они демонстрируют слабую синюю флуоресценцию в растворе при λ=350-405 нм и сдвиг Стокса около 90 нм.In [Frizon T.E. et al. “Selenides and diselenides containing oxadiazoles: a new class of functionalised materials)) // Liquid Crystals, 2012, V. 39, No. 6, P.769] provides a method for the synthesis of organoselenium compounds. The binding of aryl bromides with elemental selenium was catalyzed by copper oxide nanopowder in the presence of potassium hydroxide using dimethyl sulfoxide as a solvent. As a result of the synthesis, derivatives of 1,2,4 and 1,3,4-oxadiazole diselenides were obtained. The known compounds are not polymeric sorbents, but belong to liquid crystals of the smectic Α-phase. They also demonstrate weak blue fluorescence in solution at λ = 350-405 nm and a Stokes shift of about 90 nm.

К недостаткам, прежде всего, относится неприменимость известных соединений для извлечения ионов урана в силу отсутствия амидоксимных функциональных групп, так как именно их присутствие обеспечивает сорбционную емкость.The disadvantages, first of all, include the inapplicability of the known compounds for the extraction of uranium ions due to the absence of amidoxime functional groups, since it is their presence that provides the sorption capacity.

Таким образом, несмотря на значительные успехи в получении сорбентов на основе амидоксимов и оксимов, способы получения и свойства полимеров с неорганической составляющей типа Se в качестве полимеробразующих компонентов не известны.Thus, despite significant advances in the preparation of sorbents based on amidoximes and oximes, the methods of preparation and properties of polymers with an inorganic component of the Se type as polymer-forming components are not known.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по способу получения и использованию является изобретение пат. CN №106749883 (опубл. 31.05.2017), описывающее синтез ионообменной смолы с амидоксимными функциональными группами. Состав реакционной смеси для получения смолы включает органическую и водную фазы. В органическую фазу входят следующие исходные материалы в массовых долях: 5-10 - гидроксиэтилакрилат, 5-10 - глицидилакрилат, 30-40 - акрилонитрил, 30-35 -дивинилбензол, 50-80 - ксилол, 30-40 - изоамиловый спирт, 20-30 - изооктиловый спирт и 3-5 - азодиизобутиронитрил. Водная фаза включает следующие исходные материалы в массовых долях: 3-5 - 10%-ный водный поливиниловый спирт, 3-5 - желатина, 10-20 - хлорид натрия, 10-15 -карбонат кальция, 3-5 - 0,1% раствора метиленового синего и 1500-2000 - деионизированная вода.Closest to the claimed invention according to the method of production and use is the invention US Pat. CN No. 106749883 (publ. 05/31/2017), describing the synthesis of an ion exchange resin with amidoxime functional groups. The composition of the reaction mixture for preparing the resin includes an organic phase and an aqueous phase. The organic phase includes the following starting materials in mass fractions: 5-10 - hydroxyethyl acrylate, 5-10 - glycidyl acrylate, 30-40 - acrylonitrile, 30-35 - divinylbenzene, 50-80 - xylene, 30-40 - isoamyl alcohol, 20- 30 - isooctyl alcohol and 3-5 - azodiisobutyronitrile. The aqueous phase includes the following starting materials in mass fractions: 3-5 - 10% aqueous polyvinyl alcohol, 3-5 - gelatin, 10-20 - sodium chloride, 10-15 - calcium carbonate, 3-5 - 0.1% methylene blue solution and 1500-2000 - deionized water.

Матрицу смолы из дивинилбензол-акрилонитрила готовили суспензионной сополимеризацией путем поочередного добавления мономеров и добавления вспенивающих агентов, затем проводили реакцию оксимации для функционализации полимерной матрицы группами амидоксима.A matrix of divinylbenzene-acrylonitrile resin was prepared by suspension copolymerization by alternately adding monomers and adding foaming agents, then an oximation reaction was carried out to functionalize the polymer matrix with amidoxime groups.

К недостаткам известного изобретения относятся длительность и многостадийность процесса, использование большого количества компонентов, в том числе высокотоксичных и отсутствие данных об эффективности сорбции урана из жидких сред.The disadvantages of the known invention include the duration and multistage nature of the process, the use of a large number of components, including highly toxic ones, and the lack of data on the efficiency of sorption of uranium from liquid media.

В связи с этим техническим результатом заявляемого изобретения является разработка простого способа синтеза селен-производного N-гидроксиамидина аминофуразана путем поликонденсации SeO2 и 4-амино-N-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамида. Преимущество предлагаемого изобретения заключается в одностадийном получении высокоселективного к уранил-ионам полимерного амидоксимного сорбента путем введения гетероэлемента селена с высокой координационной способностью. Это позволило, во-первых, упростить синтез амидоксимсодержащего сорбента за счет использования меньшего количества исходных веществ, проведения синтеза в одну стадию, во-вторых, получить полимер с развитой структурой и высоким содержанием ионообменных групп (амино- и гидроксильных групп), пригодный для использования в качестве сорбента для извлечения урана из жидких сред.In this regard, the technical result of the claimed invention is the development of a simple method for the synthesis of a selenium derivative of N-hydroxyamidine aminofurazan by polycondensation of SeO 2 and 4-amino-N-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboxyimidamide. The advantage of the present invention lies in the one-step production of a polymeric amidoxime sorbent highly selective to uranyl ions by introducing a heteroelement selenium with a high coordination capacity. This made it possible, firstly, to simplify the synthesis of the amidoxime-containing sorbent by using a smaller amount of starting materials, carrying out the synthesis in one stage, and secondly, to obtain a polymer with a developed structure and a high content of ion-exchange groups (amino and hydroxyl groups), suitable for use as a sorbent for the extraction of uranium from liquid media.

Технический результат изобретения достигается способом получения Se-производного N'-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамида при кипячении смеси 4-амино-N-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамида и оксида Se(IV) в подходящем растворителе с получением осадка, который, после охлаждения до комнатной температуры, фильтруют, промывают холодной дистиллированной водой и последовательно органическими растворителями, а затем сушат до постоянного веса в вакуум-эксикаторе.The technical result of the invention is achieved by a method of obtaining a Se-derivative of N'-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide by boiling a mixture of 4-amino-N-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboxyimidamide and oxide Se (Iv) in a suitable solvent to obtain a precipitate, which, after cooling to room temperature, is filtered, washed with cold distilled water and successively with organic solvents, and then dried to constant weight in a vacuum desiccator.

Полученное вещество используют в режиме статической сорбции для извлечения уранил-ионов из жидких сред.The resulting substance is used in the static sorption mode to extract uranyl ions from liquid media.

Синтез Se-производного N'-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамида проводят в одну стадию согласно схеме:The synthesis of the Se-derivative of N'-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide is carried out in one stage according to the scheme:

Figure 00000001
Figure 00000001

В качестве сольватирующего растворителя используют, например, 1,4-диоксан, ацетонитрил, диметилсульфоксид, пиридин, предпочтительно используют уксусную кислоту.As a solvating solvent, for example, 1,4-dioxane, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, pyridine is used, preferably acetic acid.

В качестве органических растворителей последовательно используют соединения из двух групп. Первый растворитель выбирают из ряда веществ, например, этиловый спирт, метанол, изопропанол, ацетон, предпочтительно используют этиловый спирт. Второй - из ряда, например, дихлорметан, хлороформ, петролейный эфир, предпочтительно используют дихлорметан.Compounds from two groups are sequentially used as organic solvents. The first solvent is selected from a number of substances, for example, ethyl alcohol, methanol, isopropanol, acetone, preferably ethyl alcohol is used. The second is from a series, for example, dichloromethane, chloroform, petroleum ether, preferably dichloromethane is used.

Синтез Se-производного N'-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамида осуществляют следующим образом:The synthesis of the Se-derivative of N'-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide is carried out as follows:

Смесь 1,43 г, 10 ммоль 4-амино-N'-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамида и 1,11 г, 10 ммоль оксида Se(IV) кипятят в уксусной кислоте (30 мл) с обратным холодильником, в течение 80-100 минут при активном перемешивании. При этом образуется темно-фиолетовый осадок. По окончанию реакции смесь охлаждают до комнатной температуры с последующим выделением осадка путем фильтрации. Полученный осадок последовательно промывают холодной дистиллированной водой (трижды), этиловым спиртом и хлористым метиленом для удаления непрореагировавших компонентов исходной смеси. Затем осадок сушат до постоянного веса в вакуум-эксикаторе при 5-10 мм рт.ст. над Р2О5 при 20-25°С в течение 24 часов. Полученный материал с выходом 45% представляетсобой темно-фиолетовые гранулы неправильной формы и зернением 0,05-0,2 мм.A mixture of 1.43 g, 10 mmol of 4-amino-N'-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide and 1.11 g, 10 mmol of Se (IV) oxide was boiled in acetic acid (30 ml) with reflux, for 80-100 minutes with vigorous stirring. This forms a dark purple precipitate. At the end of the reaction, the mixture is cooled to room temperature, followed by precipitation by filtration. The resulting precipitate is sequentially washed with cold distilled water (three times), ethyl alcohol and methylene chloride to remove unreacted components of the initial mixture. Then the precipitate is dried to constant weight in a vacuum desiccator at 5-10 mm Hg. over P 2 O 5 at 20-25 ° C for 24 hours. The resulting material with a yield of 45% is dark purple irregularly shaped granules with a grain size of 0.05-0.2 mm.

Структура полученного соединения имеет вид нелинейного диселенида и содержит в своем составе два фуразановых цикла. Структуру полученного полимера устанавливали на основании результатов ИК-спектроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и твердотельного ЯМР. На ИК-спектрах выявлены следующие полосы: 3454 см-1 (О-Н при оксимной группе), 3311 см-1 (N-H), 412 см-1 (Se-Se), 489 см-1 (N-Se), 1623 см-1 (C=N), 1357 см-1 (C-N), 1540 см-1 (Se-C-N), 1150 см-1 (C-NO). Спектр РФЭС имеет следующий вид: 533,6 эВ и 531,2 эВ (О Is); 400,4 эВ и 399,2 эВ (N Is); 288,5 эВ, 286,9 эВ и 285,0 эВ (С Is); 164,0 эВ и 169,3 эВ (Se 3р). ЯМР 13С: 138 м.д. (>C=NOH), 146 м.д. (-HN-C=N-), 154 м.д. (=С-С=). ЯМР 1Н: 1,5 м.д. (HN-С), 7,1 м.д. (H-N(C)-Se).The structure of the obtained compound has the form of a nonlinear diselenide and contains two furazan rings. The structure of the obtained polymer was established on the basis of the results of IR spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and solid-state NMR. The IR spectra revealed the following bands: 3454 cm -1 (O-H at the oxime group), 3311 cm -1 (NH), 412 cm -1 (Se-Se), 489 cm -1 (N-Se), 1623 cm -1 (C = N), 1357 cm -1 (CN), 1540 cm -1 (Se-CN), 1150 cm -1 (C-NO). The XPS spectrum has the following form: 533.6 eV and 531.2 eV (O Is); 400.4 eV and 399.2 eV (N Is); 288.5 eV, 286.9 eV and 285.0 eV (C Is); 164.0 eV and 169.3 eV (Se 3p). 13C NMR: 138 ppm. (> C = NOH), 146 ppm (-HN-C = N-) 154 ppm. (= C-C =). NMR 1 H: 1.5 ppm. (HN-C) 7.1 ppm. (HN (C) -Se).

Заявляемый материал обладает механической прочностью и химической стабильностью. Он устойчив к истиранию и не растворяется в наиболее распространенных органических и неорганических растворителях. Полученный сорбент имеет высокое сродство к уранил-ионам в диапазоне рН 6-9 с высокой эффективностью извлечения. С использованием уравнения Сипса была рассчитана величина предельной адсорбции, которая в присутствии нитрат-ионов (100 мг/л) и рН 8 составила 370 мг/г. Полученное значение свидетельствует о высокой сорбционной емкости, которая определяется наличием большого числа сорбционных центров, формирующихся в процессе образования полимера вследствие поликонденсации циклических молекул через связь -Se-Se-.The claimed material has mechanical strength and chemical stability. It is resistant to abrasion and does not dissolve in the most common organic and inorganic solvents. The resulting sorbent has a high affinity for uranyl ions in the pH range 6-9 with a high extraction efficiency. Using the Sips equation, the value of the limiting adsorption was calculated, which in the presence of nitrate ions (100 mg / L) and pH 8 was 370 mg / g. The obtained value indicates a high sorption capacity, which is determined by the presence of a large number of sorption centers that are formed in the process of polymer formation due to the polycondensation of cyclic molecules through the -Se-Se- bond.

Возможность использования полученного соединения для сорбции урана из жидких сред иллюстрируется следующими примерами:The possibility of using the obtained compound for the sorption of uranium from liquid media is illustrated by the following examples:

Пример 1.Example 1.

Исследование сорбции в зависимости от рН раствора проводили в статических условиях в присутствии макроколичества UO2 2+ (40 мг/л) из растворов с рН 2-10. Эксперимент проводили при соотношении объема раствора к массе сорбента 1000 мл/г, время перемешивания составило 48 часов. В работе использовали фракцию сорбентов размером 0,05-0,2 мм. Перед началом эксперимента навески сорбентов выдерживали 24 часа в рабочих растворах, не содержащих уранил-ионы. По окончанию перемешивания раствор отделяли от сорбента на фильтре марки синяя лента и анализировали в фильтрате остаточное содержание UO2 2+ спектрофотометрическим методом с использованием Арсеназо III.The study of sorption depending on the pH of the solution was carried out under static conditions in the presence of a macroquantity of UO 2 2+ (40 mg / L) from solutions with a pH of 2-10. The experiment was carried out at a ratio of the solution volume to the sorbent weight of 1000 ml / g, the stirring time was 48 hours. We used a fraction of sorbents with a size of 0.05-0.2 mm. Before the start of the experiment, the weighed portions of the sorbents were kept for 24 hours in working solutions that did not contain uranyl ions. At the end of stirring, the solution was separated from the sorbent on a blue ribbon filter and the residual content of UO 2 2+ in the filtrate was analyzed spectrophotometrically using Arsenazo III.

Результаты испытаний заявляемого материала представлены на Фиг. 1 в виде диаграммы зависимости эффективности адсорбции UO2 2+ от рН среды, который демонстрирует эффективность в области рН 6-9. При этом максимальные значения Кр составляют от 5×10-3 мл/г.The test results of the claimed material are presented in FIG. 1 in the form of a diagram of the dependence of the efficiency of adsorption of UO 2 2+ on the pH of the medium, which demonstrates the efficiency in the range of pH 6-9. In this case, the maximum Kp values range from 5 × 10 -3 ml / g.

Возможность использования полученного соединения для сорбции урана из жидких сред в присутствии конкурирующих ионов иллюстрируется следующими примерами 2-9:The possibility of using the obtained compound for the sorption of uranium from liquid media in the presence of competing ions is illustrated by the following examples 2-9:

Пример 2.Example 2.

Сорбцию макроколичеств U(VI) проводили в статических условиях при соотношении объема раствора к массе сорбента 1000 мл/г в присутствии 0,1 моль/л NO3. Время контакта фаз составляло 48 часов, исходная концентрация урана 50 мг/л, рН 4. Содержание U(VI) определяли спектрофотометрическим методом в присутствии Арсеназо III. Эффективность сорбции составила 98%, статическая обменная емкость - 73 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 39,5×10-3 мл/г.Sorption of macroquantities of U (VI) was carried out under static conditions at a ratio of the solution volume to the sorbent weight of 1000 ml / g in the presence of 0.1 mol / L NO 3 . The contact time of the phases was 48 hours, the initial uranium concentration was 50 mg / l, pH 4. The content of U (VI) was determined spectrophotometrically in the presence of Arsenazo III. The sorption efficiency was 98%, the static exchange capacity was 73 mg / g, the distribution coefficient of uranyl ions was 39.5 × 10 -3 ml / g.

Пример 3.Example 3.

Сорбцию проводили аналогично примеру 2 с разницей в том, что в качестве конкурирующего иона использовали 0,1 моль/л НСО3 - при значении рН 6. Эффективность сорбции составила 91%, статическая обменная емкость - 31 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 9,6×10-3 мл/г.Sorption was carried out analogously to example 2 with the difference that 0.1 mol / L HCO 3 was used as a competing ion - at pH 6. The sorption efficiency was 91%, the static exchange capacity was 31 mg / g, the distribution coefficient of uranyl ions was is equal to 9.6 × 10 -3 ml / g.

Пример 4.Example 4.

Сорбцию проводили аналогично примеру 3 с разницей в том, что в качестве конкурирующего иона использовали 0,1 моль/л NO3 -. Эффективность сорбции составила 98%, статическая обменная емкость - 75 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 46,7×10-3 мл/г.Sorption was carried out analogously to example 3 with the difference that 0.1 mol / l NO 3 - was used as a competing ion. The sorption efficiency was 98%, the static exchange capacity was 75 mg / g, the distribution coefficient of uranyl ions was 46.7 × 10 -3 ml / g.

Пример 5.Example 5.

Сорбцию проводили аналогично примеру 2 с разницей в том, что в качестве мешающего неорганического иона использовали 0,1 моль/л SO4 2-, а значение рН поддерживали равным 8. Эффективность сорбции составила 86%, статическая обменная емкость - 38 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 7,7×10-3 мл/г.Sorption was carried out analogously to example 2 with the difference that 0.1 mol / L SO 4 2- was used as an interfering inorganic ion, and the pH value was maintained equal to 8. The sorption efficiency was 86%, the static exchange capacity was 38 mg / g, the distribution coefficient of uranyl ions is 7.7 × 10 -3 ml / g.

Пример 6.Example 6.

Сорбцию проводили аналогично примеру 3 с разницей в том, что в качестве конкурирующего иона использовали 0,1 моль/л К+. Эффективность сорбции составила более 95%, статическая обменная емкость - 36 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 1,9×10-3 мл/г.Sorption was carried out analogously to example 3 with the difference that 0.1 mol / L K + was used as a competing ion. The sorption efficiency was more than 95%, the static exchange capacity was 36 mg / g, the distribution coefficient of uranyl ions was 1.9 × 10 -3 ml / g.

Пример 7.Example 7.

Сорбцию проводили аналогично примеру 3 с разницей в том, что в качестве конкурирующего иона использовали 0,1 моль/л Na+. Эффективность сорбции составила более 95%, статическая обменная емкость - 41 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 2,0×10-3 мл/г.Sorption was carried out analogously to example 3 with the difference that 0.1 mol / l Na + was used as a competing ion. The sorption efficiency was more than 95%, the static exchange capacity was 41 mg / g, the distribution coefficient of uranyl ions was 2.0 × 10 -3 ml / g.

Пример 8.Example 8.

Сорбцию проводили аналогично примеру 3 с разницей в том, что в качестве конкурирующего иона использовали 0,1 моль/л Са2+. Эффективность сорбции составила более 95%, статическая обменная емкость - 24 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 4,0×10-3 мл/г.Sorption was carried out analogously to example 3 with the difference that 0.1 mol / L Ca 2+ was used as a competing ion. The sorption efficiency was more than 95%, the static exchange capacity was 24 mg / g, the distribution coefficient of uranyl ions was 4.0 × 10 -3 ml / g.

Пример 9.Example 9.

Сорбцию проводили аналогично примеру 3 с разницей в том, что в качестве конкурирующего иона использовали 0,1 моль/л Mg2+. Эффективность сорбции составила более 95%, статическая обменная емкость - 23 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 1,3×10-3 мл/г.Sorption was carried out analogously to example 3 with the difference that 0.1 mol / L Mg 2+ was used as a competing ion. The sorption efficiency was more than 95%, the static exchange capacity was 23 mg / g, the distribution coefficient of uranyl ions was 1.3 × 10 -3 ml / g.

Claims (1)

Селенсодержащий полимер на основе N’-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамида, применяемый в качестве сорбционного материала для извлечения урана из жидких сред, получаемый способом, включающим кипячение смеси 4-амино-N-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамида и оксида Se(IV) в растворителе с получением осадка, который, после охлаждения до комнатной температуры, фильтруют, последовательно промывают холодной дистиллированной водой и органическими растворителями, а затем сушат до постоянного веса.Selenium-containing polymer based on N'-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide, used as a sorption material for the extraction of uranium from liquid media, obtained by a method including boiling a mixture of 4-amino-N-hydroxy-1,2 , 5-oxadiazole-3-carboximidamide and Se (IV) oxide in a solvent to obtain a precipitate, which, after cooling to room temperature, is filtered, successively washed with cold distilled water and organic solvents, and then dried to constant weight.
RU2020128578A 2020-08-28 2020-08-28 Selenium-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media RU2741909C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128578A RU2741909C1 (en) 2020-08-28 2020-08-28 Selenium-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128578A RU2741909C1 (en) 2020-08-28 2020-08-28 Selenium-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2741909C1 true RU2741909C1 (en) 2021-01-29

Family

ID=74554532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020128578A RU2741909C1 (en) 2020-08-28 2020-08-28 Selenium-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2741909C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478651C2 (en) * 2010-06-02 2013-04-10 Учреждение Российской Академии Наук Институт Нефтехимии И Катализа Ран Method of producing n,s-containing, chitosan-based polymer
CN106749883A (en) * 2016-11-25 2017-05-31 郑泽 A kind of chelating resin and preparation method thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478651C2 (en) * 2010-06-02 2013-04-10 Учреждение Российской Академии Наук Институт Нефтехимии И Катализа Ран Method of producing n,s-containing, chitosan-based polymer
CN106749883A (en) * 2016-11-25 2017-05-31 郑泽 A kind of chelating resin and preparation method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AKKAS P. et al, Enhancement of Uranyl Ion Uptake by Prestructuring of Acrylamide-Maleic Acid Hydrogels, Journal of Applied Polymer Science, 2000, v. 78, no. 2, p. 284-289. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Preparation of amidoxime-based nylon-66 fibers for removing uranium from low-concentration aqueous solutions and simulated nuclear industry effluents
Ibrahim et al. Crown ether modification of starch for adsorption of heavy metals from synthetic wastewater
Latha et al. Synthesis of a polyacrylamide chelating resin and applications in metal ion extractions
Prabhakaran et al. Selective extraction of U (VI), Th (IV), and La (III) from acidic matrix solutions and environmental samples using chemically modified Amberlite XAD-16 resin
CN113214480B (en) Synthesis method and adsorption application of cationic framework material
Hayashita et al. Selective sorption of alkali-metal cations by carboxylic acid resins containing acyclic or cyclic polyether units
Chi et al. Polyvinyl alcohol fibers with functional phosphonic acid group: synthesis and adsorption of uranyl (VI) ions in aqueous solutions
Liu et al. Preparation of a novel silica-based N-donor ligand functional adsorbent for efficient separation of palladium from high level liquid waste
Jin et al. Tetraoxalyl ethylenediamine melamine resin functionalized coconut active charcoal for adsorptive removal of Ni (II), Pb (II) and Cd (II) from their aqueous solution
Huang et al. Adsorption of uranium (VI) from aqueous solutions using cross-linked magnetic chitosan beads
Saha et al. Retention of phosphate by hydroxyaluminosilicate‐and hydroxyaluminum‐montmorillonite complexes
RU2741909C1 (en) Selenium-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media
Prabhakaran et al. Extraction of U (VI), Th (IV), and La (III) from acidic streams and geological samples using AXAD-16–POPDE polymer
Jin et al. In situ preparation of magnetic chitosan resins functionalized with triethylene-tetramine for the adsorption of uranyl (II) ions
Rivas et al. Synthesis and metal ion adsorption properties of poly (4‐sodium styrene sulfonate‐co‐acrylic acid)
US10494472B2 (en) Crosslinked polydithiocarbamate, synthesis thereof, and use for removing heavy metals
RU2746214C1 (en) Sulfur-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media
El Ghali et al. Use of amino-modified cotton fibers loaded with copper ions for anionic dye removal under batch and fixed-bed systems: A comparative study
Li et al. Al-Doped chitosan nonwoven in a novel adsorption reactor with a cylindrical sleeve for dye removal: performance and mechanism of action
US5478474A (en) Method for treating liquid wastes
Gao et al. Synthesis and characterization of adsorbent for Pb (II)-capture by using glow discharge electrolysis plasma
Xu et al. Preparation of Htpop material containing active-NH and its adsorption of U (VI) in aqueous solution
Gharbi et al. Synthesis, Characterization and Chelation Ion-Exchange Studies of a Resin Copolymer Derived From 8-Hydroxyquinoline-Formaldehyde-Pyrogallol
Chen et al. Cyclodextrin-grafted thiacalix [4] arene netty polymer based on the click chemistry: preparation and efficient adsorption for organic dyes
CN107469773B (en) Silicon-coated carbonized nitrogen-containing carbon-based adsorption material capable of well adsorbing radionuclide uranium and using method thereof