RU2746214C1 - Sulfur-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media - Google Patents

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

Info

Publication number
RU2746214C1
RU2746214C1 RU2020128582A RU2020128582A RU2746214C1 RU 2746214 C1 RU2746214 C1 RU 2746214C1 RU 2020128582 A RU2020128582 A RU 2020128582A RU 2020128582 A RU2020128582 A RU 2020128582A RU 2746214 C1 RU2746214 C1 RU 2746214C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uranium
sorption
amidoxime
extraction
liquid media
Prior art date
Application number
RU2020128582A
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 RU2020128582A priority Critical patent/RU2746214C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2746214C1 publication Critical patent/RU2746214C1/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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D417/00Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D415/00
    • C07D417/14Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D415/00 containing three or more hetero rings

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a sulfur derivative of N'-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide of the formula
Figure 00000005
.
The invention also relates to a method for producing the compound.
EFFECT: new compound that can be used as a sorption material for the extraction of uranyl ions from liquid media is proposed.
3 cl, 11 ex, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области органической химии, конкретно к получению нового серосодержащего полимера на основе N-гидроксиамидина аминофуразана, который может быть использован в качестве сорбента уранил-ионов из жидких сред, в том числе из технологических или морских растворов.The invention relates to the field of organic chemistry, specifically to the production of a new sulfur-containing polymer based on N-hydroxyamidine aminofurazan, which can be used as a sorbent of uranyl ions from liquid media, including from technological or sea solutions.

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 proliferation 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, in practice, sorption methods are used with the use of various natural and synthetic sorption materials, for example, titanosilicates, phosphorosilicates, 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 are also prone to destruction followed by desorption of the radionuclide. When using these materials, special conditions are required, which complicates the technological process.

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 наличие аминогрупп в составе амидоксима, что обеспечивает извлечение уранил-ионов как по механизму ионного обмена, так и в результате комплексообразования.Known promising polymeric sorption materials containing amidoxime functional groups in their structure and possessing high selectivity to U (VI) compounds in a wide pH range from 6 to 9. A feature of such sorbents is the presence of amino groups in the amidoxime, which ensures the extraction of uranyl ions as mechanism of ion exchange, and as a result of complexation.

К настоящему времени описано получение адсорбентов на основе амидоксима, таких как смолы из полимерных гранул, химически приготовленные амидоксимовые волокна и волокна, полученные радиационно-индуцированной привитой полимеризацией, пористые материалы и волокна полимеров, модифицированные группами амидоксима. To date, the preparation of adsorbents based on amidoxime has been described, such as resins from polymer granules, chemically prepared amidoxime fibers and fibers obtained by radiation-induced graft polymerization, porous materials and polymer fibers modified with amidoxime groups.

Так, в работе [Astheimer L. et al. «Development of Sorbers for the Recovery of Uranium from Seawater. Part 2. The Accumulation of Uranium from Seawater by Resins Containing Amidoxime and Imidoxime Functional Groups» // J. Separation Science and Technology, 1983, V.18, №4, Р.307] разработаны гидроксиламиновые производные сшитых полиакрилонитрилов, так называемые полиакриламидоксимовые смолы, пригодные для накопления урана из природной морской воды с pH=8,1–8,3. Скорость поглощения урана, которая составляет 5-30 ppm в день при комнатной температуре, повышается с увеличением температуры морской воды. Уран может быть элюирован 1 М HCl с эффективностью более 90%. Полученные полиакриламидоксимовые смолы содержат одновременно по меньшей мере два вида функциональных групп: амидоксимовые группы с открытой цепью, которые являются стабильными, и циклические имидоксимовые группы, которые являются нестабильными в 1 М HCl, что приводит к разрушению сорбента. Эта особенность материала относится к недостаткам при промышленном использовании. Помимо этого, узкий диапазон рабочих значений рН сильно ограничивает применение известного материала.So, in the work [Astheimer L. et al. Development of Sorbers for the Recovery of Uranium from Seawater. Part 2. The Accumulation of Uranium from Seawater by Resins Containing Amidoxime and Imidoxime Functional Groups "// J. Separation Science and Technology, 1983, V.18, No. 4, P.307] developed hydroxylamine derivatives of crosslinked polyacrylonitriles, the so-called polyacrylamidoxime resins suitable for accumulation of uranium from natural seawater with pH = 8.1–8.3. The absorption rate of uranium, which is 5-30 ppm per day at room temperature, increases with increasing seawater temperature. Uranium can be eluted with 1M HCl with over 90% efficiency. The obtained polyacrylamidoxime resins simultaneously contain at least two types of functional groups: open chain amidoxime groups, which are stable, and cyclic imidoxime groups, which are unstable in 1 M HCl, which leads to the destruction of the sorbent. This feature of the material is a disadvantage in industrial use. In addition, the narrow range of operating pH values severely limits the use of the known material.

Известен [Omichi H. et al. «A New Type of Amidoxime-Group-Containing Adsorbent for the Recovery of Uranium from Seawater. III. Recycle Use of Adsorbent» // J. Separation Science and Technology, 1986, V.21, №6-7, Р.563] адсорбент, содержащий амидоксимовую группу, для извлечения урана из морской воды, изготовленный радиационно-индуцированной привитой полимеризацией акрилонитрила на полимерное волокно с последующей амидоксимацией. Кондиционирование адсорбента щелочным раствором КОН при температуре 80°C после кислотной десорбции восстанавливает адсорбционную способность до исходного уровня, что позволяет применить адсорбент для повторного использования.Known [Omichi H. et al. “A New Type of Amidoxime-Group-Containing Adsorbent for the Recovery of Uranium from Seawater. III. Recycle Use of Adsorbent "// J. Separation Science and Technology, 1986, V.21, No. 6-7, P.563] an adsorbent containing an amidoxime group for extracting uranium from seawater, made by radiation-induced graft polymerization of acrylonitrile on polymer fiber followed by amidoximation. Conditioning the adsorbent with an alkaline KOH solution at a temperature of 80 ° C after acid desorption restores the adsorption capacity to its original level, which allows the adsorbent to be reused.

К недостаткам известного материала относится сложный синтез и использование высокотоксичного соединения акрилонитрила. The disadvantages of the known material include the complex synthesis and use of a highly toxic compound of acrylonitrile.

Известен [пат. CN №106902747, опубл. 13.09.2019] микросферический адсорбент амидоксим-мезопористого диоксида кремния с метасиликатом натрия в качестве первичного сырья. Методом микроволнового гидротермального синтеза получают мезопористый диоксид кремния в форме микросфер, функционализацию группами амидоксима проводят методом сополиконденсации. Полученный адсорбент имеет упорядоченную структуру разветвленных мезопор, хорошую механическую прочность и химическую стабильность, может быть использован для разделения и извлечения урана, отчистки урансодержащих сточных вод. Молекулярная структура описывается формулой SiO2[O3SiCH2CH2C(NH2)NOH]x (x=0,06 ~ 0,13). Вариант получения микросферного сорбента из амидоксимового мезопористого диоксида кремния включает следующие стадии. В смеси этилового спирта и воды растворяют триэтоксисилан с 3-цианогенпропильными группами и затем добавляют азанол и Na2CO3. Реакционную смесь 12 часов нагревают при 70°C, экстрагируют с получением функционализированного амидоксиморганосилана. Далее готовят смесь из этилового спирта, деионизированной воды, ацетата и при перемешивании добавляют раствор силиката натрия с функционализированным амином оксиматом и функционализированным силаном. Полученную смесь снова помещают в реактор при 40°C на 2~3 часа с перемешиванием, затем проводят гидротермальную микроволновую обработку 10 часов в условиях нагревания до 90°C и получают промежуточное соединение I, которое охлаждают, отделяют фильтрацией для получения твердого продукта, поочередно промывают деионизированной водой и этанолом. Затем раствор этанола с соединением I нагревают до 60°C 12 часов с трехблочным сополимером вида PEO-PPOX-PEO (P123) и получают промежуточное соединение II. После отделения фильтрацией соединение II при 60°C многократно промывают водой и этанолом для окончательной очистки. Из полученного материала после 48 часов вакуумной сушки получают адсорбент из микросфер диоксида кремния с амидоксимом диаметром частиц 90-150 мкм. Known [US Pat. CN No. 106902747, publ. 13.09.2019] microspherical adsorbent of amidoxime-mesoporous silicon dioxide with sodium metasilicate as primary raw material. Mesoporous silicon dioxide in the form of microspheres is obtained by microwave hydrothermal synthesis; functionalization with amidoxime groups is carried out by copolycondensation. The resulting adsorbent has an ordered structure of branched mesopores, good mechanical strength and chemical stability, can be used for separation and extraction of uranium, purification of uranium-containing wastewater. The molecular structure is described by the formula SiO 2 [O 3 SiCH 2 CH 2 C (NH 2 ) NOH] x (x = 0.06 ~ 0.13). The variant of obtaining a microsphere sorbent from amidoxime mesoporous silicon dioxide includes the following stages. Triethoxysilane with 3-cyanogenpropyl groups is dissolved in a mixture of ethyl alcohol and water, and then azanol and Na 2 CO 3 are added. The reaction mixture is heated at 70 ° C for 12 hours, extracted to obtain functionalized amidoxyorganosilane. Next, a mixture of ethyl alcohol, deionized water, acetate is prepared and, with stirring, a sodium silicate solution with a functionalized amine oximate and a functionalized silane is added. The resulting mixture is again placed in a reactor at 40 ° C for 2 ~ 3 hours with stirring, then a hydrothermal microwave treatment is carried out for 10 hours under the conditions of heating to 90 ° C and intermediate I is obtained, which is cooled, separated by filtration to obtain a solid product, washed in turn deionized water and ethanol. Then, a solution of ethanol with compound I is heated to 60 ° C for 12 hours with a triblock copolymer of the PEO-PPOX-PEO type (P123) and intermediate II is obtained. After separation by filtration, compound II at 60 ° C is repeatedly washed with water and ethanol for final purification. From the obtained material, after 48 hours of vacuum drying, an adsorbent is obtained from microspheres of silicon dioxide with amidoxime with a particle diameter of 90-150 μm.

К недостаткам изобретения можно отнести многостадийность, длительность синтеза и использование дорогостоящих реагентов.The disadvantages of the invention include the multistage, duration of the synthesis and the use of expensive reagents.

Изобретение, описанное в пат. KR №101718052, опубл. 20.03.2017, касается полимера амидоксима и его тонкой пленки, имеющего собственную микропористость и эффективность сорбции урана в морской воде равной 95%, и с возможностью регенерации и повторного использования. В одном варианте осуществления изобретения раствор амидоциклического микропористого полимера в диметилформамиде равномерно распределяют по пластине и отверждают при 150°С с получением тонкой пленки амидоциклического микропористого полимера. Эффективность адсорбции урана и скорость сорбции в синтетической морской воде с концентрацией 5 ppm урана была самой высокой при рН=6 и составила 95%.The invention described in US Pat. KR No. 101718052, publ. 03/20/2017, concerns the amidoxime polymer and its thin film, which has its own microporosity and the efficiency of sorption of uranium in seawater equal to 95%, and with the possibility of regeneration and reuse. In one embodiment of the invention, a solution of the amidocyclic microporous polymer in dimethylformamide is uniformly distributed over the wafer and cured at 150 ° C. to form a thin film of the amidocyclic microporous polymer. The efficiency of uranium adsorption and the rate of sorption in synthetic seawater with a concentration of 5 ppm uranium were the highest at pH = 6 and amounted to 95%.

Недостатком полученного полимера амидоксима, прежде всего, является низкая степень извлечения урана.The disadvantage of the obtained amidoxime polymer, first of all, is the low degree of uranium extraction.

Патент CN №109954483, опубл. 02.07.2019 описывает способ получения модифицированного полиакрилонитрилового пористого материала для сорбции урана, содержащего амидоксим. Метод получения включает следующие стадии: растворение акрилонитрила в подходящем растворителе при комнатной температуре, криозамораживание для получения пористой матрицы, ее сушка и внесение в раствор гидрохлорида гидроксиламина. После реакции амидоксимации твердое содержимое извлекают, многократно промывают и сушат при комнатной температуре до постоянного веса. Известный материал имеет равномерно распределенные поры, обеспечивающие большую удельную поверхность, удовлетворительные механические свойства и имеет больше количество центров адсорбции урана. Адсорбционная емкость материала составила 211,9 мг/г.CN patent No. 109954483, publ. 07/02/2019 describes a method for producing a modified polyacrylonitrile porous material for the sorption of uranium containing amidoxime. The method of obtaining includes the following stages: dissolving acrylonitrile in a suitable solvent at room temperature, cryofreezing to obtain a porous matrix, drying it and adding hydroxylamine hydrochloride solution. After the amidoximation reaction, the solid content is recovered, washed several times and dried at room temperature to constant weight. The known material has uniformly distributed pores, providing a large specific surface area, satisfactory mechanical properties and has a larger number of uranium adsorption centers. The adsorption capacity of the material was 211.9 mg / g.

К существенным недостаткам способа получения высокоселективного материала относятся использование токсичных растворителей, таких как метанол или тетрагидрофуран, или хлороформ, диметилсульфоксид или диметилформамид, а также продолжительность синтеза, так время процесса занимает 2-7 дней.The significant disadvantages of the method for obtaining a highly selective material include the use of toxic solvents such as methanol or tetrahydrofuran, or chloroform, dimethyl sulfoxide or dimethylformamide, as well as the duration of the synthesis, as the process takes 2-7 days.

Прототипом заявляемого изобретения по сущности выбран полимерный гель на основе амидоксима для извлечения урана из морской воды [Wongjaikham W. et al. «Synthesis of amidoxime polymer gel to extract uranium compound from seawater by UV radiation curing»//J. Nuclear Science and Technology, 2019, V.56, №6, P.541]. В работе описан альтернативный гамма-излучению в методе радиационно-индуцированной привитой полимеризацией путь синтеза. Материал получали методом фотоинициированной сшивающей полимеризации, включающим УФ-индуцированную радикальную полимеризацию мономеров акрилонитрила и метакриловой кислоты со сшивающим агентом и фотоинициатором. УФ-отверждение при мощности 60 Вт проводили в течение 8 часов до образования полимерного геля. Характерные пики ИК-спектроскопии подтверждают превращение нитрильной группы в амидоксимовую группу. При сорбции урана из морской воды в количестве 10 ppm, адсорбционная емкость полученного геля составляла 17,02 мг/г. Для образца морской воды с добавкой 2,245 ppm урана, адсорбционная емкость достигала 432,41 мг/г. Амидоксимовый полимерный гель был исследован в циклах сорбция-элюирование по меньшей мере восемь раз, сохраняя при этом около 50% способности поглощать уран. Таким образом, настоящий адсорбент амидоксимового полимера представляет собой высокоэффективный материал для извлечения урана в морской воде как для высоких, так и для низких концентраций урана.The prototype of the claimed invention, in essence, is a polymer gel based on amidoxime for extracting uranium from seawater [Wongjaikham W. et al. "Synthesis of amidoxime polymer gel to extract uranium compound from seawater by UV radiation curing" // J. Nuclear Science and Technology, 2019, V.56, No. 6, P.541]. The paper describes an alternative to gamma radiation in the method of radiation-induced graft polymerization, a synthesis route. The material was obtained by the method of photoinitiated crosslinking polymerization, including UV-induced radical polymerization of acrylonitrile and methacrylic acid monomers with a crosslinking agent and a photoinitiator. UV curing at 60 W was carried out for 8 hours to form a polymer gel. The characteristic peaks of IR spectroscopy confirm the conversion of the nitrile group to the amidoxime group. When uranium was sorbed from seawater in an amount of 10 ppm, the adsorption capacity of the resulting gel was 17.02 mg / g. For a seawater sample with an addition of 2.245 ppm uranium, the adsorption capacity reached 432.41 mg / g. The amidoxime polymer gel was tested in sorption-elution cycles at least eight times, while retaining about 50% of the ability to absorb uranium. Thus, the present amidoxime polymer adsorbent is a highly efficient material for uranium recovery in seawater for both high and low uranium concentrations.

Тем не менее, к недостаткам можно отнести энергозатратность и длительность способа его получения, а также необходимость использования фотоинициатора и токсичность акрилонитрила.Nevertheless, the disadvantages include the energy consumption and the duration of the method for its production, as well as the need to use a photoinitiator and the toxicity of acrylonitrile.

В связи с этим техническим результатом заявляемого изобретения является получение S-производного N’-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамида с развитой структурой и высоким содержанием ионообменных групп (амино- и гидроксильных групп), пригодного для использования в качестве сорбента с целью извлечения урана из жидких сред. Способ его получения заключается в сплавлении тиомочевины с 4-амино-N-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамидом. Преимущество предлагаемого изобретения основано на использовании гетероэлемента серы с высокой координационной способностью для синтеза сера-производного N-гидроксиамидина аминофуразана. Это позволило, во-первых, упростить синтез амидоксимсодержащего сорбента за счет отказа от использования длительного и энергозатратного метода УФ-индуцированной радикальной полимеризации, а, во-вторых, исключить присутствие в синтезе фотоинициатора и токсичного акрилонитрила.In this regard, the technical result of the claimed invention is to obtain an S-derivative of N'-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide with a developed structure and a high content of ion-exchange groups (amino and hydroxyl groups), suitable for use as sorbent for the purpose of extracting uranium from liquid media. The method for its preparation consists in fusing thiourea with 4-amino-N-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide. The advantage of the present invention is based on the use of a highly coordinated sulfur heteroelement for the synthesis of a sulfur derivative of N-hydroxyamidine aminofurazan. This made it possible, firstly, to simplify the synthesis of the amidoxime-containing sorbent by refusing to use the long-term and energy-consuming method of UV-induced radical polymerization, and, secondly, to exclude the presence of a photoinitiator and toxic acrylonitrile in the synthesis.

Технический результат достигается способом получения S-производного N-гидроксиамидина аминофуразана сплавлением 4-амино-N’-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамида с тиомочевиной с последующим охлаждением расплава до комнатной температуры, измельчением продукта, последовательной промывкой дистиллированной водой и органическими растворителями, и сушкой до постоянного веса в вакуум-эксикаторе. В качестве органических растворителей для промывки продукта синтеза поочередно используют два соединения. Первый растворитель выбирают из ряда веществ, например, этиловый спирт, метанол, изопропанол, ацетон, предпочтительно выбирают этиловый спирт. Второй – из ряда, например, дихлорметан, хлороформ, петролейный эфир, предпочтительно выбирают хлористый метилен.The technical result is achieved by the method of obtaining the S-derivative of N-hydroxyamidine aminofurazan by fusing 4-amino-N'-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide with thiourea, followed by cooling the melt to room temperature, grinding the product, and sequential washing with distilled water and organic solvents, and drying to constant weight in a vacuum desiccator. Two compounds are alternately used as organic solvents for washing the synthesis product. The first solvent is selected from a number of substances, for example ethyl alcohol, methanol, isopropanol, acetone, preferably ethyl alcohol. The second is from a series of, for example, dichloromethane, chloroform, petroleum ether, preferably methylene chloride.

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 S-производного N-гидроксиамидина аминофуразана проводят в одну стадию следующим образом.The synthesis of the S-derivative of N-hydroxyamidine aminofurazan is carried out in one stage as follows.

Пример 1Example 1

Сухое соединение 4-амино-N-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамид смешивают с тиомочевиной (1,5 моль) в мольном соотношении 1:3 с последующим сплавлением при 220-250°С в течение 60-80 минут. После образования однородного расплава и прекращения активного выделения газов, расплав охлаждают до комнатной температуры, измельчают и последовательно промывают дистиллированной водой (трижды), этиловым спиртом (двукратно) и хлористым метиленом (однократно). Сушат до постоянного веса в вакуум-эксикаторе при 5-10 мм рт.ст. над P2O5 при 20-25°С в течение суток. Полученный материал с выходом 36 % представляет собой гранулы неправильной формы желтовато-коричневого цвета и зернением 0,05-0,2 мм.The dry compound 4-amino-N-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide is mixed with thiourea (1.5 mol) in a molar ratio of 1: 3, followed by fusion at 220-250 ° C for 60-80 minutes. After the formation of a homogeneous melt and the cessation of active gas evolution, the melt is cooled to room temperature, crushed and sequentially washed with distilled water (three times), ethyl alcohol (twice) and methylene chloride (once). Dry to constant weight in a vacuum desiccator at 5-10 mm Hg. over P 2 O 5 at 20-25 ° C during the day. The resulting material with a yield of 36% is an irregularly shaped, yellowish-brown granules with a grain size of 0.05-0.2 mm.

Пример 2Example 2

4-амино-N-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамид смешивают с тиомочевиной (1,5 моль) в мольном соотношении 1:1. Далее синтез проводят в соответствии с примером 1. Выход целевого продукта составил 26 %.4-amino-N-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide is mixed with thiourea (1.5 mol) in a molar ratio of 1: 1. Further, the synthesis is carried out in accordance with example 1. The yield of the target product was 26%.

Элементарное звено предлагаемого соединения является нелинейным дисульфидом, содержащим в своем составе два фуразановых и два триазиновых цикла и соответствует формуле:The elementary link of the proposed compound is a nonlinear disulfide containing two furazan and two triazine rings and corresponds to the formula:

Figure 00000001
.
Figure 00000001
...

Структуру полученного полимера устанавливали на основании результатов ИК-спектроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). На ИК-спектрах выявлены следующие полосы: 3323 см-1 (N-H), 2056 см-1 (S-N), 1537 см-1 (S=C-N), 1623 см-1 (С=N), 3163 см-1 (H-O-H), 532 см-1 (S-S), 810 см-1 (S-Н), 476 см-1 (N-S), 1369 см-1 (C-N). Спектр РФЭС имеет следующий вид: 533,5 эВ и 530,5 эВ (O 1s); 399,7 эВ и 388,3 эВ (N 1s); 288,4 эВ, 286,9 эВ и 285,0 эВ (C 1s); 165,0 эВ и 163,0 эВ (S 2p).The structure of the obtained polymer was established based on the results of IR spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The IR spectra revealed the following bands: 3323 cm -1 (NH), 2056 cm -1 (SN), 1537 cm -1 (S = CN), 1623 cm -1 (C = N), 3163 cm -1 (HOH ), 532 cm -1 (SS), 810 cm -1 (S-H), 476 cm -1 (NS), 1369 cm -1 (CN). The XPS spectrum has the following form: 533.5 eV and 530.5 eV (O 1s); 399.7 eV and 388.3 eV (N 1s); 288.4 eV, 286.9 eV and 285.0 eV (C 1s); 165.0 eV and 163.0 eV (S 2p).

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 рассчитана величина предельной адсорбции, которая в присутствии нитрат-ионов (100 мг/л) и рН 8 составила 460 мг/г. Полученное значение свидетельствует о высокой сорбционной емкости, которая объясняется наличием большого числа сорбционных центров, формирующихся в процессе образования полимера вследствие поликонденсации циклических молекул через связь –S–S–.The inventive material has mechanical strength and chemical stability. It is abrasion resistant 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 460 mg / g. The obtained value indicates a high sorption capacity, which is explained by the presence of a large number of sorption centers formed in the process of polymer formation as a result of polycondensation of cyclic molecules through the –S – S– 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 3Example 3

Исследование сорбционных свойств материалов в зависимости от рН раствора проводили в статических условиях в присутствии макроколичества UO2 2+ из растворов с рН 2-10. Эксперимент проводили при соотношении V/m = 1000 мл/г, концентрации урана 40 мг/л, времени перемешивания 28 часов. В работе использовали фракцию сорбента размером 0,05-0,2 мм. Перед началом сорбции, навески сорбента 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 the sorption properties of materials depending on the pH of the solution was carried out under static conditions in the presence of a macroquantity of UO 2 2+ from solutions with a pH of 2-10. The experiment was carried out at the ratio V / m = 1000 ml / g, uranium concentration 40 mg / l, stirring time 28 hours. A sorbent fraction 0.05-0.2 mm in size was used in the work. Before the beginning of sorption, the weighed portions of the sorbent 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 адсорбции UO2 2+ от рН среды. Из диаграммы видно, что сорбент эффективен в области рН 6–9, при этом максимальные значения Кр составляют от 4⋅10-3 мл/г. В растворах с pH выше 9 наблюдается снижение значений эффективности извлечения в виду адсорбции урана на стенках посуды, изготовленной из стекла или полипропилена, что было зафиксировано в контрольном эксперименте без добавления сорбента. Установлено, что в кислых средах (рН менее 6) поглощения урана не происходит, что связано с преобладающей реакцией протонирования.The test results of the claimed material are presented in Fig. 1 as a diagram of the dependence of the adsorption of UO 2 2+ on the pH of the medium. It can be seen from the diagram that the sorbent is effective in the pH range 6–9, with the maximum Kp values being from 4⋅10 –3 ml / g. In solutions with a pH above 9, a decrease in the extraction efficiency values is observed due to the adsorption of uranium on the walls of glassware or polypropylene, which was recorded in a control experiment without the addition of a sorbent. It was found that in acidic media (pH less than 6), no absorption of uranium occurs, which is associated with the predominant protonation reaction.

Возможность использования полученного соединения для сорбции урана из жидких сред в присутствии конкурирующих ионов иллюстрируется следующими примерами: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:

Пример 4Example 4

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 анализа в присутствии Арсеназо III. Эффективность сорбции составила 91%, статическая обменная емкость – 69 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 9,5⋅10-3 мл/г.Sorption of macroquantities of U (VI) was carried out under static conditions at the ratio of the volume of the solution to the mass of the sorbent 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 by spectrophotometric analysis in the presence of Arsenazo III. The sorption efficiency was 91%, the static exchange capacity was 69 mg / g, the distribution coefficient of uranyl ions was 9.5⋅10 -3 ml / g.

Пример 5Example 5

Сорбцию проводили аналогично примеру 4 с разницей в том, что в качестве конкурирующего иона использовали 0,1 моль/л SO4 2-, а значение рН поддерживали равным 6. Эффективность сорбции составила 95%, статическая обменная емкость – 40 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 15,3⋅10-3 мл/г.Sorption was carried out analogously to example 4 with the difference that 0.1 mol / L SO 4 2- was used as a competing ion, and the pH value was maintained equal to 6. The sorption efficiency was 95%, the static exchange capacity was 40 mg / g, the coefficient distribution of uranyl ions is 15.310 -3 ml / g.

Пример 6Example 6

Сорбцию проводили аналогично примеру 4 с разницей в том, что в качестве конкурирующего аниона использовали 0,1 моль/л НСO3 -. Эффективность сорбции составила 89%, статическая обменная емкость – 32 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 10⋅10-3 мл/г.Sorption was carried out analogously to example 4 with the difference that 0.1 mol / l HCO 3 - was used as a competing anion. The sorption efficiency was 89%, the static exchange capacity was 32 mg / g, the distribution coefficient of uranyl ions was 10⋅10 -3 ml / g.

Пример 7Example 7

Сорбцию проводили аналогично примеру 4 с разницей в том, что в качестве конкурирующего аниона использовали 0,1 моль/л NO3 2-, а значение рН поддерживали равным 8. Эффективность сорбции составила 93%, статическая обменная емкость – 71 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 11,8⋅10-3 мл/г.Sorption was carried out analogously to example 4 with the difference that 0.1 mol / L NO 3 2- was used as a competing anion, and the pH value was maintained equal to 8. The sorption efficiency was 93%, the static exchange capacity was 71 mg / g, the coefficient distribution of uranyl ions is 11.8⋅10 -3 ml / g.

Пример 8Example 8

Сорбцию проводили аналогично примеру 5 с разницей в том, что в качестве конкурирующего иона использовали 0,1 моль/л К+. Эффективность сорбции составила более 95%, статическая обменная емкость – 40 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 1,8⋅10-3 мл/г.Sorption was carried out analogously to example 5 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 40 mg / g, the distribution coefficient of uranyl ions was 1.8⋅10 -3 ml / g.

Пример 9Example 9

Сорбцию проводили аналогично примеру 5 с разницей в том, что в качестве конкурирующего иона использовали 0,1 моль/л Na+. Эффективность сорбции составила более 95%, статическая обменная мкость - 29 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 2,0⋅10-3 мл/г.Sorption was carried out analogously to example 5 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 29 mg / g, the distribution coefficient of uranyl ions was 2.0⋅10 -3 ml / g.

Пример 10Example 10

Сорбцию проводили аналогично примеру 5 с разницей в том, что в качестве конкурирующего иона использовали 0,1 моль/л Ca2+. Эффективность сорбции составила более 95%, статическая обменная емкость – 20 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 3,0⋅10-3 мл/г.Sorption was carried out analogously to example 5 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 20 mg / g, the distribution coefficient of uranyl ions was 3.0⋅10 -3 ml / g.

Пример 11Example 11

Сорбцию проводили аналогично примеру 5 с разницей в том, что в качестве конкурирующего иона использовали 0,1 моль/л Mg2+. Эффективность сорбции составила более 95%, статическая обменная емкость - 29 мг/г, коэффициент распределения уранил-ионов равен 3,4⋅10-3 мл/г.Sorption was carried out analogously to example 5 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 29 mg / g, the distribution coefficient of uranyl ions was 3.4⋅10 -3 ml / g.

Claims (4)

1. Сера-производное N'-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамида формулы:1. Sulfur derivative of N'-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboximidamide of the formula:
Figure 00000002
.
Figure 00000002
...
2. Способ получения соединения по п.1, заключающийся в сплавлении 4-амино-N'-гидрокси-1,2,5-оксадиазол-3-карбоксимидамида с тиомочевиной, с последующим охлаждением расплава до комнатной температуры, измельчении, последовательной промывкой дистиллированной водой и органическими растворителями, и сушкой до постоянного веса. 2. A method of obtaining a compound according to claim 1, which consists in fusing 4-amino-N'-hydroxy-1,2,5-oxadiazole-3-carboxyimidamide with thiourea, followed by cooling the melt to room temperature, grinding, sequential washing with distilled water and organic solvents, and drying to constant weight. 3. Применение соединения по п.1 в качестве сорбционного материала для извлечения уранил-ионов из жидких сред.3. Use of a compound according to claim 1 as a sorption material for the extraction of uranyl ions from liquid media.
RU2020128582A 2020-08-28 2020-08-28 Sulfur-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media RU2746214C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128582A RU2746214C1 (en) 2020-08-28 2020-08-28 Sulfur-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128582A RU2746214C1 (en) 2020-08-28 2020-08-28 Sulfur-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2746214C1 true RU2746214C1 (en) 2021-04-08

Family

ID=75353489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020128582A RU2746214C1 (en) 2020-08-28 2020-08-28 Sulfur-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2746214C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101718052B1 (en) * 2016-06-10 2017-03-20 한국과학기술원 Method for Adsorbing and Recovering Uranium by Amidoxime-Polymers of Intrinsic Microporosity(PIMs)
CN109954483A (en) * 2019-04-04 2019-07-02 哈尔滨工程大学 Modified polyacrylonitrile porous foam uranium absorption material and preparation method containing amidoxime group

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101718052B1 (en) * 2016-06-10 2017-03-20 한국과학기술원 Method for Adsorbing and Recovering Uranium by Amidoxime-Polymers of Intrinsic Microporosity(PIMs)
CN109954483A (en) * 2019-04-04 2019-07-02 哈尔滨工程大学 Modified polyacrylonitrile porous foam uranium absorption material and preparation method containing amidoxime group

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Wongjaikham W. et al. "Synthesis of amidoxime polymer gel to extract uranium compound from seawater by UV radiation curing"//J. Nuclear Science and Technology, V.56, no. 6, 2019, p. 541. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11772069B2 (en) Multifunctional porous materials for water purification and remediation
Bedoui et al. Removal of cadmium (II) from aqueous solution using pure smectite and Lewatite S 100: the effect of time and metal concentration
JP3045148B2 (en) Alginate gel water treatment agent and method for producing the same
Anirudhan et al. Removal and recovery of phosphate ions from aqueous solutions by amine functionalized epichlorohydrin-grafted cellulose
Nidheesh et al. Adsorption and desorption characteristics of crystal violet in bottom ash column
Cortés-Martínez et al. Evaluation of natural and surfactant-modified zeolites in the removal of cadmium from aqueous solutions
Arpa et al. Heavy metal removal from aquatic systems by northern Anatolian smectites
Das et al. Adsorptive preconcentration of uranium in hydrogels from seawater and aqueous solutions
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
RU2746214C1 (en) Sulfur-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media
US6402960B1 (en) Thiacrown polymers for removal of mercury from waste streams
Li et al. Synthesis of quaternary ammonium salt functionalized large-particle silica gel for removal of uranium
Baran et al. Competitive removal of malachite green and rhodamine B using clinoptilolite in a two-dye system
Kamel Preparation and characterization of innovative selective imprinted polymer for the removal of hazardous mercury compounds from aqueous solution
RU2243027C2 (en) Chelating membrane from porous hollow fibers and a method of recovering germanium oxide using such membrane
CN111604037A (en) Polyphenol microsphere for treating heavy metal ions and radioactive nuclide in industrial wastewater and preparation method and application thereof
KR101611260B1 (en) Synthesis method of 4A-Ba zeolite and treatment method for radioactive Sr contaminated water
Ammar et al. Preparation of new modified silica gel terminated with phenylphosphonic acid-amide moieties for adsorption of uranium (VI) from aqueous solutions
Kumar et al. Adsorptive and kinetic studies of resin for removal of Cs+ and Sr2+ from aqueous solution
RU2741909C1 (en) Selenium-derivative of n-hydroxyamidine aminofurazan for extraction of uranium from liquid media
Chunhua et al. Adsorption behavior of Cu (II) in aqueous solutions by SQD-85 resin
RU2282906C2 (en) Method for decontaminating radioactive aqueous solutions
Khandaker et al. Removal of chromium from aqueous solution using locally available inexpensive taro and water hyacinth as biosorbent
RU2616064C1 (en) Method for sorbent production based on polymer hydrogel