RU2828608C1 - Способ получения волокнистых сорбентов для извлечения цезия - Google Patents
Способ получения волокнистых сорбентов для извлечения цезия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2828608C1 RU2828608C1 RU2023128544A RU2023128544A RU2828608C1 RU 2828608 C1 RU2828608 C1 RU 2828608C1 RU 2023128544 A RU2023128544 A RU 2023128544A RU 2023128544 A RU2023128544 A RU 2023128544A RU 2828608 C1 RU2828608 C1 RU 2828608C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- solution
- ferrocyanide
- sorbents
- polyacrylonitrile fiber
- Prior art date
Links
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 title abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 23
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 24
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 63
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims abstract description 56
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 53
- -1 cesium ions Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 18
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000000276 potassium ferrocyanide Substances 0.000 claims abstract description 14
- XOGGUFAVLNCTRS-UHFFFAOYSA-N tetrapotassium;iron(2+);hexacyanide Chemical compound [K+].[K+].[K+].[K+].[Fe+2].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] XOGGUFAVLNCTRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 6
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 claims 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 27
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 13
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 13
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 abstract description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 4
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 abstract description 3
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 abstract description 2
- 235000014413 iron hydroxide Nutrition 0.000 abstract description 2
- NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L iron(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Fe+2] NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 11
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 11
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 8
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- MSNWSDPPULHLDL-UHFFFAOYSA-K ferric hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Fe+3] MSNWSDPPULHLDL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 6
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 239000010458 rotten stone Substances 0.000 description 5
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 5
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005514 radiochemical analysis Methods 0.000 description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920002101 Chitin Polymers 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 2
- HVCXHPPDIVVWOJ-UHFFFAOYSA-N [K].[Mn] Chemical compound [K].[Mn] HVCXHPPDIVVWOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L cobalt dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Co+2] GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 2
- FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M iron chloride Chemical compound [Cl-].[Fe] FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- UETZVSHORCDDTH-UHFFFAOYSA-N iron(2+);hexacyanide Chemical compound [Fe+2].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] UETZVSHORCDDTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 2
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 2
- GHPYJLCQYMAXGG-WCCKRBBISA-N (2R)-2-amino-3-(2-boronoethylsulfanyl)propanoic acid hydrochloride Chemical compound Cl.N[C@@H](CSCCB(O)O)C(O)=O GHPYJLCQYMAXGG-WCCKRBBISA-N 0.000 description 1
- BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M (3-methylphenyl)methyl-triphenylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].CC1=CC=CC(C[P+](C=2C=CC=CC=2)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- IVORCBKUUYGUOL-UHFFFAOYSA-N 1-ethynyl-2,4-dimethoxybenzene Chemical compound COC1=CC=C(C#C)C(OC)=C1 IVORCBKUUYGUOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002972 Acrylic fiber Polymers 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N Nickel(2+) Chemical compound [Ni+2] VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SMEGJBVQLJJKKX-HOTMZDKISA-N [(2R,3S,4S,5R,6R)-5-acetyloxy-3,4,6-trihydroxyoxan-2-yl]methyl acetate Chemical compound CC(=O)OC[C@@H]1[C@H]([C@@H]([C@H]([C@@H](O1)O)OC(=O)C)O)O SMEGJBVQLJJKKX-HOTMZDKISA-N 0.000 description 1
- FJAAKDGALOFQSO-UHFFFAOYSA-N [K].[Ni] Chemical compound [K].[Ni] FJAAKDGALOFQSO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SHPBBNULESVQRH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4] Chemical compound [O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4] SHPBBNULESVQRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229940081735 acetylcellulose Drugs 0.000 description 1
- 229910001413 alkali metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- JYIBXUUINYLWLR-UHFFFAOYSA-N aluminum;calcium;potassium;silicon;sodium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Na].[Al].[Si].[K].[Ca] JYIBXUUINYLWLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 229910001417 caesium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- NCMHKCKGHRPLCM-UHFFFAOYSA-N caesium(1+) Chemical compound [Cs+] NCMHKCKGHRPLCM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- GRWVQDDAKZFPFI-UHFFFAOYSA-H chromium(III) sulfate Chemical compound [Cr+3].[Cr+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O GRWVQDDAKZFPFI-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910001603 clinoptilolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229910052631 glauconite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001410 inorganic ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 description 1
- 239000010857 liquid radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- AWDBHOZBRXWRKS-UHFFFAOYSA-N tetrapotassium;iron(6+);hexacyanide Chemical class [K+].[K+].[K+].[K+].[Fe+6].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] AWDBHOZBRXWRKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области получения сорбционных материалов для извлечения ионов цезия. Способ получения сорбента на основе полиакрилонитрильного волокна и ферроцианида переходного металла, предусматривающий подготовку полиакрилонитрильного волокна. Подготовка полиакрилонитрильного волокна включает его обработку раствором гидроксида натрия, промывку, пропитку раствором хлорида железа III, с последующим осаждением гидроксида железа III аммиаком, или его обработку раствором перманганата калия, с последующими промывкой подготовленного волокна и сушкой до постоянной массы. С дальнейшей обработкой подготовленного полиакрилонитрильного волокна при перемешивании слабокислым раствором ферроцианида калия, обработкой раствором соли переходного металла и сушкой полученного сорбента до постоянной массы. Изобретение обеспечивает более полное извлечение 137Cs в статических и динамических условиях с получением высоких коэффициентов распределения и высокой обменной емкости благодаря развитой удельной поверхности полиакрилонитрильного волокна, образованию в процессе предварительной подготовки полиакрилонитрильного волокна дополнительных ионообменных групп (карбоксильных, карбонильных и др.), что увеличивает количество прививаемого к носителю ферроцианида, и отсутствию гидродинамического сопротивления. 5 ил., 2 табл., 4 пр.
Description
Изобретение относится к области получения сорбционных материалов для извлечения ионов цезия. Может применяться для селективного извлечения 137Cs из технологических растворов (жидких радиоактивных отходов; растворов отработавшего ядерного топлива; морской воды, содержащей радиоактивные отходы; сточных вод), а также из природных вод (пресных и соленых водоемов) с целью радиоэкологического мониторинга.
Активность 137Cs в природных водах мала и зачастую составляет несколько Бк/м3 (например, активность 137Cs в воде Черного море варьируется в пределах
5 - 13 Бк/м3). Для точного определения активности 137Cs его необходимо концентрировать из больших объемов природных вод путем прокачивания через колонку с сорбентом. Это занимает много времени, тогда как в экспедиционных условиях часто стоит задача отбора и обработки большого числа проб. Поэтому для увеличения количества проб с целью построения более полной картины распределения 137Cs в природных водах необходимо прокачивать пробу через сорбенты с максимально возможной скоростью. Однако гранулированные сорбенты подвержены увеличению гидродинамического сопротивления при увеличении скорости пропускания при прокачки больших объемов природных вод. Но данный недостаток отсутствует у волокнистых сорбентов.
5 - 13 Бк/м3). Для точного определения активности 137Cs его необходимо концентрировать из больших объемов природных вод путем прокачивания через колонку с сорбентом. Это занимает много времени, тогда как в экспедиционных условиях часто стоит задача отбора и обработки большого числа проб. Поэтому для увеличения количества проб с целью построения более полной картины распределения 137Cs в природных водах необходимо прокачивать пробу через сорбенты с максимально возможной скоростью. Однако гранулированные сорбенты подвержены увеличению гидродинамического сопротивления при увеличении скорости пропускания при прокачки больших объемов природных вод. Но данный недостаток отсутствует у волокнистых сорбентов.
Наиболее близкие аналоги предлагаемого изобретения перечислены ниже.
Известен способ получения сорбента на природном минерале трепел [Иванец А.И. Извлечение ионов цезия из водных растворов композиционными сорбентами на основе трепела и ферроцианидов меди(II) и никеля(II) / А.И. Иванец, И.Л. Шашкова, Н.В. Дроздова, Д.Ю. Давыдов, А.В. Радкевич // Радиохимия. - 2014. - Т. 56, № 5. - С. 446-449]. Синтез ферроцианидов никеля и меди на трепельной матрице проводят путем последовательной обработки навески трепела растворами хлорида меди или никеля и раствором ферроцианида калия. Недостатком приведенного аналога являются малые коэффициент распределения не более 2,4⋅104 мл/г и использование носителя трепел, который обладает высоким гидродинамическим сопротивлением в динамических условиях.
Известен способ получения неорганического ферроцианидного сорбента [Пат. 2746194 Российская Федерация, МПК B01J 20/02, B01J 20/32. Способ получения неорганического ферроцианидного сорбента / Воронина А.В., Ноговицына Е.В., Семенищев В.С., Блинова М.О., заявители и патентообладатели ФГАОУ ВО "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина". - № 2019122021, заявл. 12.07.2019; опубл. 08.04.2021]. Способ получения включает обработку носителя водным раствором соли сульфата никеля, обработку полученной системы водным раствором соли гексацианоферрата калия, промывку водой и сушку. В качестве носителя используют гидратированный диоксид титана-циркония, клиноптилолит или кварц-глауконитовый концентрат, которые перед обработкой водным раствором соли сульфата никеля предварительно переводят в водородно-натриевую форму последовательной обработкой сначала раствором 0,1 М соляной кислоты, затем раствором гидроксида натрия до рН 6-7. Недостатком приведенного аналога являются использование гранулированного носителя, который обладает высоким гидродинамическим сопротивлением в динамических условиях.
Известен способ получения сорбента Микотон-Cs [Косяков В.Н. Определение 137Cs в морской воде в экспедиционных условиях / В.Н. Косяков, А.Н. Велешко, И.Е. Велешко // Радиохимия. - 2006. - Т. 48, № 6. - С. 529-532; Косяков В.Н. Получение и применение модификаций сорбента Микотон / В.Н. Косяков, И.Е. Велешко, Н.Г. Яковлев, Л.Ф. Горовой // Радиохимия. - 2004. - Т. 46, № 4. - С. 356-361]. Микотон-Cs получают путём модификации хитинсодержащего материала Микотон волокнистой структуры. В качестве модификатора используют гексацианоферрат(II) калия и меди. Недостатком приведенного аналога является малые коэффициенты распределения (3,3 ± 1,5)⋅104 мл/г.
Известен способ получения сорбента на основе целлюлозного носителя [Пат. 2172208 Российская Федерация, МПК B01J 20/02, B01J 20/30. Способ получения тонкослойных ферроцианидных сорбентов / Меркушкин А.О., Медведев В.П., Резчиков Д.Е., заявители и патентообладатели Озерский технологический институт НИЯУ МИФИ. - № 99107252, заявл. 06.04.1999; опубл. 20.08.2001]. На первой стадии на поверхность носителя осаждется слой диоксида марганца, который путем обработки раствором ферроцианида калия в присутствии уксусной кислоты переходит в смешанный ферроцианид марганца-калия. Для получения других ферроцианидных сорбентов ферроцианид марганца-калия обрабатывают раствором соли соответствующего металла. Недостатком приведенного аналога являются малые коэффициент распределения не более 1⋅105 мл/г и использование целлюлозного носителя, который обладает высоким гидродинамическим сопротивлением в динамических условиях.
Известен способ получения композитных сорбентов на основе целлюлозных носителей [Пат. 2111050 Российская Федерация, МПК B01J 20/02, B01J 20/24, B01J 20/30. Способ получения композитных сорбентов на основе целлюлозных носителей / Ремез В.П., заявитель и патентообладатель Ремез В.П.. - № 97113043/25, заявл. 11.08.1997; опубл. 20.05.1998]. Волокнистый или гранулированный целлюлозный носитель предварительно обрабатывают раствором едкого натра с концентрацией 0,5 - 2 мас.%, затем раствором соляной кислоты с концентрацией 2 - 3 мас.%, затем раствором хлорида аммония с концентрацией 1 - 3 мас.%, промывают дистиллированной водой и сушат, после чего носитель обрабатывают 10 - 20%-ным раствором гексацианоферрата щелочного металла и 3 - 5%-ным раствором соли переходного металла, образующего труднорастворимые гексацианоферраты. В качестве соли переходного металла берут хлорид или сульфат железа, сульфат меди или хрома, или нитрат никеля. Недостатками приведенного аналога является низкая сорбционная ёмкость (степень извлечения) и невысокая эффективность при использовании в высокосолевых растворах (растворах с высокой ионной силой), например, при концентрировании и определении 137Cs в соленых водоемах (морях и соленых озерах).
Известен способ получения композитных сорбентов [Пат. 2021009 Российская Федерация, МПК B01J 20/02, B01J 20/30. Способ получения композитных сорбентов и композитный сорбент / Ремез В.П., заявитель и патентообладатель Совместное советско-канадское предприятие "Компомет Кентек". - № 5068522/26, заявл. 08.10.1992; опубл. 15.10.1994]. В качестве носителя используют гранулированную древесную целлюлозу, волокнистую хлопковую целлюлозу или активированный уголь БАУ. Обработку пористого носителя осуществляют водной суспензией, содержащей гексацианоферрат щелочного металла и соль переходного металла, а в качестве соли переходного металла берут смесь солей одного и того же переходного металла с разной степенью окисления, при соотношении количества металла в высшей степени окисления к количеству металла в низшей степени окисления в пределах от 1,0 до 0,01. Переходный металл выбирают из группы, включающей железо, никель, медь, кобальт, хром, титан. Недостатком приведенного аналога является использование суспензии для обработки целлюлозного носителя, которая представляет собой неравновесную систему, состоящую из смеси гексацианоферрат щелочного металла и солей переходного металла в различных степенях окисления. Необходимо отметить сложность в приготовлении и контроле состава такой смеси, кроме того, она обладает высокой активностью, вследствие чего очень быстро меняет свой состав, а также способна реагировать со стенками оборудования, что может приводить к изменению свойств получаемых сорбентов.
Следует также отметить, что получаемые на основе природной целлюлозы сорбенты изначально содержат в своем составе радионуклиды цезия до 36,3 мБк/г, что затрудняет их применение при концентрировании и определении 137Cs в природных водах.
Известен способ получения сорбента на основе углеродсодержащих носителей [Пат. 2345833 Российская Федерация, МПК B01J 20/02, B01J 20/30. Способ получения ферроцианидных сорбентов / Сергиенко В.И., Авраменко В.А., Железнов В.В., Майоров В.Ю., заявитель и патентообладатель Институт химии ДВО РАН. - № 2007143796/15, заявл. 26.11.2007; опубл. 10.02.2009]. В качестве носителей используют активированный нетканый материал, активированные материалы из хлопчатобумажных волокон, из ацетилцеллюлозных волокон, из полиакрилнитрильных волокон, активированные угли. Носитель предварительно обрабатывают раствором гидроксида натрия, затем раствором хлористоводородной или азотной кислоты, после каждой стадии обработки промывают водой и сушат. Подготовленный носитель сначала обрабатывают раствором никелевой или железной соли органической кислоты, после чего прокаливают в инертной атмосфере в интервале температур 190-600°С, далее прокаленный активированный углеродный материал обрабатывают кислым раствором ферроцианида калия, затем отмывают водой. Полученный ферроцианидный сорбент дополнительно подвергают термообработке при температуре 120-150°С. Для получения мелкодисперсной фазы металлического никеля в сорбенте прокаливанием при температуре 450°С и выше в раствор пропитки добавляют соли алюминия, например нитрат алюминия, при отношении алюминия к никелю, равном 0,01-0,05. Недостатками приведенного аналога является трудность получения, а также ограниченное количество ионообменных групп (карбоксильных, карбонильных и др.), что определяет количество прививаемой к носителю ферроцианидной фазы.
Известен способ получения сорбента Анфеж [Ремез В.П. Целлюлозно-неорганические сорбенты в радиохимическом анализе I. Перспективные сорбенты для радиохимического анализа / В.П. Ремез, В.И. Зеленин, А.Л. Смирнов, С.П. Распопин, А.И. Матерн, Ю.Ю. Моржерин // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2009. - Т. 9, № 5. - С. 627-632; Ремез В.П. Целлюлозно-неорганические сорбенты в радиохимическом анализе II. Синтез и свойства сорбента АНФЕЖ® / В.П. Ремез, В.И. Зеленин, А.Л. Смирнов, С.П. Распопин, А.И. Матерн, Ю.Ю. Моржерин // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2009. - Vol. 9. - P. 739-744], который является прототипом предлагаемого изобретения. Целлюлозный носитель покрывают слоями гидроксида железа(III) путем его обработки в растворе электрохимически генерированного феррата натрия. Далее гидроксид железа(III) переводят в ферроцианид путем обработки ферроцианидом калия. Недостатком приведенного прототипа является низкая механическая прочность, а также использование целлюлозного носителя, который обладает высоким гидродинамическим сопротивлением в динамических условиях. Кроме того, подготовку носителя (модификацию носителя гидроксидом железа(III)) для дальнейшего получения ферроцианидного сорбента в данном способе проводят с использованием раствора электрохимически генерированного феррата натрия, однако в работе [Bezhin N.A. The Sorbents Based on Acrylic Fiber Impregnated by Iron Hydroxide (III): Production Methods, Properties, Application in Oceanographic Research / N.A. Bezhin, M.A. Frolova, I.I. Dovhyi, O.N. Kozlovskaia, E.V. Slizchenko, I.G. Shibetskaia, V.A. Khlystov, E.A. Tokar’, I.G. Tananaev // Water. - 2022. - Vol. 14, No. 15. - 2303] показано, что данный способ подготовки носителя уступает способу, заключающемуся в осаждении гидроксидом железа(III) аммиаком на предварительно гидролизованный носитель.
Задача предлагаемого изобретения заключается в получении сорбента на основе предварительно подготовленного полиакрилонитрильного волокна для извлечения цезия.
Изобретение обеспечивает более полное извлечение 137Cs в статических и динамических условиях с получением высоких коэффициентов распределения и высокой обменной емкости благодаря развитой удельной поверхности полиакрилонитрильного волокна, образованию в процессе предварительной подготовки полиакрилонитрильного волокна дополнительных ионообменных групп (карбоксильных, карбонильных и др.), что увеличивает количество прививаемого к носителю ферроцианида, и отсутствию гидродинамического сопротивления.
Изобретение поясняется чертежами:
Фиг. 1 - Зависимость коэффициентов распределения цезия при извлечении из 0,1 (а, г, ж, к) и 1 моль/л (б, д, з, л) растворов нитрата натрия с рН 6 и морской воды (в, е, и, м) от концентрации ферроцианида калия (0,05 (▲), 0,1 (•), 0,2 (♦), 0,5(■)) и концентрации соли переходного металла, используемых при получении сорбентов: а-в - CoFeFC-PAN, г-е - NiFeFC-PAN, ж-и - CuFeFC-PAN, к-м - ZnFeFC-PAN.
Фиг. 2 - Зависимость коэффициентов распределения цезия при извлечении из 0,1 (а, г, ж, к, н) и 1 моль/л (б, д, з, л, о) растворов нитрата натрия с рН 6 и морской воды (в, е, и, м, п) от концентрации ферроцианида калия (0,05 (▲), 0,1 (•), 0,2 (♦), 0,5(■)) и концентрации соли переходного металла, используемых при получении сорбентов: а-в - FeMnFC-PAN, г-е - CoMnFC-PAN, ж-и - NiMnFC-PAN, к-м - CuMnFC-PAN, н-п - ZnMnFC-PAN.
Фиг. 3 - Зависимость коэффициентов распределения цезия при извлечении полученными сорбентами CoFeFC-PAN, FeMnFC-PAN и CoMnFC-PAN от рН исследуемого раствора.
Фиг. 4 - Зависимость коэффициентов распределения цезия при извлечении полученными сорбентами CoFeFC-PAN, FeMnFC-PAN и CoMnFC-PAN от присутствия в исследуемом растворе катионов: а - натрия; б - калия; в - аммония.
Фиг. 5 - Выходные кривые сорбции цезия сорбентами CoFeFC-PAN, FeMnFC-PAN и CoMnFC-PAN из: а - 1 моль/л раствора нитрата натрия с рН 6; б - морской воды.
Полиакрилонитрильное волокно предварительно подготавливают одним из двух способов. Именно, использованием полиакрилонитрильного волокна и способа его предварительной подготовки достигается технический результат.
По первому способу полиакрилонитрильное волокно переводят в карбоксильную форму путем нагревания в растворе гидроксида натрия до температуры 60 - 70 °С в течение 2 - 3 ч. После чего волокно промывают и отжимают. Далее волокно вымачивают при непрерывном перемешивании в растворе хлорида железа(III) при 80 - 85 °С в течение 3 - 4 мин. Горячее волокно отжимают и погружают в раствор аммиака на 1 - 2 часа. После пропитанное аммиаком волокно вновь отжимали. Модифицированное волокно отмывают дистиллированной водой до прозрачных смывов. Сушку волокна проводят при комнатной температуре или в потоке теплого воздуха, избегая перегрева. После чего волокно распушивают, расчесывая щеткой вдоль волокон. Необходимость операции распушения в разделении слипшихся волокон и удалении мелких частиц. Подготовленное волокно имеет ржавый цвет.
По второму способу распушенное ПАН-волокна обрабатывают раствором KMnO4, предварительно нагретым до 65 - 70°С до полной пропитки волокна (окрашивания в черный цвет). Пропитанное волокно промывают дистиллированной водой. Окончательно волокно сушат при комнатной температуре или в потоке теплого воздуха, избегая перегрева. После чего волокно распушивают, расчесывая щеткой вдоль волокон. Необходимость операции распушения в разделении слипшихся волокон и удалении мелких частиц. Подготовленное волокно имеет черный цвет с бордовым оттенком при прямом ярком освещении.
Далее предварительно подготовленное полиакрилонитрильное волокно выдерживают в слабокислом растворе ферроцианида калия. После чего промывают дистиллированной водой до прозрачных смывов и высушивают при комнатной температуре.
Далее волокно выдерживают в растворе соли переходного металла (железа, кобальта, никеля, меди, цинка). Полученный сорбент промывают дистиллированной водой до прозрачных смывов и высушивают при комнатной температуре. Получают готовый сорбент.
Далее приведены примеры реализации способа:
Пример 1. Сравнение сорбентов, полученных при различных концентрациях раствора ферроцианида калия и солей различных переходных металлов, при сорбции цезия в статических условиях.
Сорбцию проводили по унифицированной методике [Nekrasova N.A. Inorganic Sorbents for Wastewater Treatment from Radioactive Contaminants / N.A. Nekrasova, V.V. Milyutin, V.O. Kaptakov, E.A. Kozlitin // Inorganics. - 2023. - Vol. 11. - 126] путем смешивания 20 мл исследуемого раствора с 0,1 г полученного сорбента. Исследуемые растворы представляли собой 0,1 и 1 моль/л растворы азотнокислого натрия с рН 6 и растворы морской воды (соленость - 18,1 ‰, рН - 7,8) с содержанием ионов цезия 20 мг/л. Полученные системы, периодически перемешивая, выдерживали в течение не менее 48 ч. После чего сорбент и исследуемый раствор разделяли фильтрованием. Каждый опыт повторяли не менее трех раз.
Точные значения концентраций цезия в исходных и равновесных растворах определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре Квант-2 в пламени «ацетилен-воздух» атомно-эмиссионным методом.
Коэффициент распределения рассчитывали по формуле:
мл/г,
где С 0 - исходная концентрация металла, мг/л; С - равновесная концентрация металла, мг/л; V - объем исходного раствора, мл; m - масса сорбента, г; отношение V/m = 200 мл/г постоянно во всех экспериментах.
Были получены следующие результаты, представленные на фиг. 1 (для сорбентов на основе волокна, подготовленного путем осаждения гидроксида железа(III) аммиаком) и фиг. 2 (для сорбентов на основе волокна, обработанного пермангонатом калия).
Из полученных данных наглядно видно, что оптимальной концентрацией растрова ферроцианида калия является 0,1 - 0,2 моль/л, что в целом совпадает с данными других исследователей, которые занимались получением сорбентов на основе ферроцианидов [Ремез В.П. Целлюлозно-неорганические сорбенты в радиохимическом анализе II. Синтез и свойства сорбента АНФЕЖ® / В.П. Ремез, В.И. Зеленин, А.Л. Смирнов, С.П. Распопин, А.И. Матерн, Ю.Ю. Моржерин // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2009. - Vol. 9. - P. 739-744; Пат. 2172208 Российская Федерация, МПК B01J 20/02, B01J 20/30. Способ получения тонкослойных ферроцианидных сорбентов / Меркушкин А.О., Медведев В.П., Резчиков Д.Е., заявители и патентообладатели Озерский технологический институт НИЯУ МИФИ. - № 99107252, заявл. 06.04.1999; опубл. 20.08.2001]. Согласно им при высоком содержании ферроцианида калия в исходном модифицирующем растворе образуется малоустойчивая твёрдая фаза переменного состава (KFe[Fe(CN)6]⋅nK[Fe(CN)6], где n - переменная величина, зависящая от концентрации K n [Fe(CN)6] в исходном растворе), которая в отличие от нормального и смешанных ферроцианидов железа растворима в воде, поэтому в случаях ее образования происходит переход некоторой доли ферроцианида железа из твёрдой фазы в раствор, что является причиной снижения сорбционной способности ферроцианидионов в процессе модифицирования.
Установлено, что для сорбентов на основе волокна, подготовленного путем осаждения гидроксида железа(III) аммиаком, наилучшие коэффициенты распределения цезия достигаются при использовании для модифицирования хлорида кобальта с концентрацией 0,02 моль/л - CoFeFC-PAN.
Для сорбентов на основе волокна, обработанного пермангонатом калия, наилучшие коэффициенты распределения цезия достигаются при использовании для модифицирования хлорида кобальта с концентрацией 0,02 - 0,05 моль/л и хлорида железа с концентрацией 0,02 моль/л - CoMnFC-PAN, FeMnFC-PAN.
Анализ работ [Pekárek V. Synthetic inorganic ion exchangers-II: Salts of heteropolyacids, insoluble ferrocyanides, synthetic aluminosilicates and miscellaneous exchang-ers / V. Pekárek, V. Veselý // Talanta. - 1972. - Vol. 19. - P. 1245-1283; Vincent T. Immobilization of metal hexacyanoferrates in chitin beads for cesium sorption: synthesis and characterization / T. Vincent, C. Vincent, Y. Barré, Y. Guari, G. Le Saout, E. Guibal // Journal of Materials Chemistry A. - 2014. - Vol. 2. - P. 10007-10021], посвященных исследованию сорбентов на основе ферроцианидов переходных металлов, показывает, что сорбционные характеристики в значительной степени зависят от типа переходного металла в составе неорганической фазы. В тоже время различные авторы получали отличающиеся ряды снижения емкости ферроцианидных сорбентов по отношению к цезию. Подобные расхождения авторы связывают с особенностями формирования сорбционно-активной фазы, свойства которой зависят от способа получения композитного сорбента [Vincent T. Immobilization of Metal Hexacyanoferrate Ion-Exchangers for the Synthesis of Metal Ion Sorbents - A Mini-Review / T. Vincent, C. Vincent, E. Guibal // Molecules. - 2015. - Vol. 20. - P. 20582-20613; Vincent T. Immobilization of metal hexacyanoferrates in chitin beads for cesium sorption: synthesis and characterization / T. Vincent, C. Vincent, Y. Barré, Y. Guari, G. Le Saout, E. Guibal // Journal of Materials Chemistry A. - 2014. - Vol. 2. - P. 10007-10021].
Пример 2. Извлечение микроколичеств радионуклида 137Cs из различных растворов полученными сорбентами.
Эксперименты проводили в статических условиях путем непрерывного перемешивания навески воздушно-сухого сорбента массой около 0,05 г, взвешенной с точностью 0,0001 г с 20 мл раствора в течение 24 часов. Затем смесь фильтровали через бумажный фильтр «белая лента» и определяли в фильтрате удельную активность 137Cs прямым радиометрическим методом с использованием спектрометрического комплекса СКС-50М («Грин стар технолоджиз», г. Москва). По результатам анализов рассчитывали значения коэффициента распределения соответствующего радионуклида по формуле:
мл/г,
де А 0, А - соответственно удельная активность радионуклида 137Cs в исходном растворе и в фильтрате, Бк/л.
Исследуемые растворы представляли собой 0,1 и 1 моль/л растворы азотнокислого натрия с рН 6 и растворы морской воды (соленость - 18,1 ‰, рН - 7,8).
Перед началом экспериментов в раствор вносили индикаторные количества радионуклида 137Cs в количестве около 105 Бк/л и выдерживали в течение 3 суток при комнатной температуре для достижения равновесия различных ионных и радиоактивных форм компонентов раствора.
Эксперименты проводили на сорбентах, показавших в примере 1, наилучшие сорбционные характеристики - CoFeFC-PAN, CoMnFC-PAN и FeMnFC-PAN.
Для получения сравнительных характеристик исследованных образцов в аналогичных условиях проводили сорбцию 137Cs на следующих сорбентах:
- ФНС-10 - ферроцианидный сорбент на основе ферроцианида никеля-калия, нанесенного сорбционным способом на силикагель, ТУ 2641-003-51255813 -2007. Производитель - ИФХЭ РАН;
- Термоксид-35 - сферогранулированный неорганический сорбент на основе ферроцианида никеля и гидроксида циркония, ТУ 6200-305-12342266-98. Производитель - НПФ «Термоксид», г. Заречный Свердловской обл.
Значения полученных коэффициентов распределения 137Cs на различных сорбентах при сорбции из модельных растворов приведенного выше состава приведены в таблице 1.
| Таблица 1 - Значения коэффициента распределения 137Cs на различных сорбентах при сорбции из модельных растворов | |||
| Сорбент | Значения Kp 137Cs, мл/г на различных сорбентах в растворе | ||
| 0,1 моль/л NaNO3 | 1,0 моль/л NaNO3 | Морская вода | |
| CoFeFC-PAN | (1,4 ± 0,4)×105 | (1,0 ± 0,2)×105 | (5,3 ± 1,7)×105 |
| CoMnFC-PAN | (1,5 ± 0,7)×105 | (4,5 ± 0,1)×104 | (2,0 ± 0,2)×104 |
| FeMnFC-PAN | (7,4 ± 0,3)×104 | (1,1 ± 0,3)×105 | (1,6 ± 0,3)×105 |
| ФНС-10 | (8,4 ± 0,3)×104 | (7,3 ± 0,2)×104 | (1,1 ± 0,3)×104 |
| Термоксид-35 | (1,2 ± 0,4)×105 | (8,1 ± 0,2)×104 | (3,1 ± 0,3)×104 |
Представленные в таблице результаты показывают, что во всех изученных средах наиболее высокими сорбционными характеристиками по отношению к 137Cs обладает сорбент CoFeFC-PAN, который не уступают лучшим промышленным ферроцианидным сорбентам.
Пример 3. Оценка влияния состава исследуемого раствора (рН и концентрации катионов) на параметры извлечения цезия полученными сорбентами.
Эксперименты по оценке влияния состава исследуемого раствора (рН и концентрации катионов) проводили по методике, описанной в примере 1, на сорбентах, показавших в примере 1, наилучшие сорбционные характеристики - CoFeFC-PAN, CoMnFC-PAN и FeMnFC-PAN.
Были получены следующие результаты, представленные на фиг. 3 (влияние рН исследуемого раствора) и фиг. 4 (влияние концентрации катионов в исследуемом растворе).
По результатам оценки влияния рН раствора наглядно видно, что для полученных ферроцианидных сорбентов характерна независимость коэффициентов распределения цезия от рН в интервале от 1 до 8, что связано с высокой селективностью ферроцианидной фазы к цезию. В то же время для сорбентов наблюдалось снижение коэффициентов распределения цезия в щелочной среде при рН более 9, связанное с частичным разрушением фазы ферроцианида. В целом результаты показывают, что полученные сорбенты потенциально пригодны для концентрирования цезия из водных проб в интервале pH от 1 до 9.
По результатам оценки влияния присутствия катионов натрия, калия и аммония в исследуемом растворе наглядно видно, что полученные результаты хорошо согласуются с литературными данными по сорбции ферроцианидами переходных металлов ионов щелочных металлов и аммония [Тананаев И. В. Химия ферроцианидов / И.В. Тананаев, Г.Б. Сейфер, Ю.Я. Харитонов, В.Г. Кузнецов, А.П. Корольков. - М.: Наука, 1971. - 320 с.]. Ферроцианиды сорбируют ионы щелочных металлов за счет цеолитного эффекта, который проявляется тем сильнее, чем ближе диаметр сорбируемого иона к размерам сечения каналов в структуре ферроцианида. Максимальный цеолитный эффект наблюдается для катиона Cs+, наиболее близок к иону Cs+ по размеру ион NH4 +. Так эффективный диаметр гидратированного катиона Cs+ составляет 0,25 нм, для сравнения диаметр иона NH4 + также 0,25 нм, K+ - 0,3 нм, Na+ - 0,4-0,45 нм), поэтому ион NH4 + оказывает большее влияние на сорбцию Cs+, чем катионы других рассматриваемых элементов. Самое меньшее влияние оказывает ион Na+.
Пример 4. Сорбция цезия полученными сорбентами в динамических условиях.
Изучение сорбции цезия полученными сорбентами в динамических условиях проводили из морской воды и модельного раствора с концентрацией нитрата натрия 0,1 моль/л и рН 6 на сорбентах, показавших в примере 1, наилучшие сорбционные характеристики - CoFeFC-PAN, CoMnFC-PAN и FeMnFC-PAN. Исследуемые растворы пропускали через 10 мл сорбента со скоростью 1 к.о./мин.
Были построены выходные кривые сорбции, представленные на фиг. 5. По полученным данным были установлены значения динамической (ДОЕ) и полной динамической обменных емкостей (ПДОЕ), представлены в таблице 2.
| Таблица 2 - Значения ДОЕ И ПДОЕ полученных сорбентов при извлечении цезия из различных растворов | ||||
| Сорбент | Исследуемые растворы | |||
| 0,1 моль/л NaNO3 | Морская вода | |||
| ДОЕ, мг/г | ПДОЕ, мг/г | ДОЕ, мг/г | ПДОЕ, мг/г | |
| CoFeFC-PAN | 3,67 | 26,9 | 2,94 | 23,2 |
| CoMnFC-PAN | 2,64 | 23,1 | 1,10 | 15,5 |
| FeMnFC-PAN | 2,13 | 19,9 | 1,84 | 19,1 |
Показано, что полученный сорбент CoFeFC-PAN не уступает известному сорбенту Анфеж [Bezhin N.A. Study of sorbents for analysis of radiocesium in seawater samples by one-column method / N.A. Bezhin, I.I. Dovhyi, V.V. Milyutin, V.O. Kaptakov, E.A. Kozlitin, A.M. Egorin, E.A. Tokar’, I.G. Tananaev // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 2021. - Vol. 327. - P. 1095-1103. DOI: 10.1007/s10967-020-07588-6]. Кроме того, за счет волокнистой структуры для полученного сорбента отсутствует гидродинамическое сопротивление, что позволит эффективно использовать его при сорбции цезия из больших объемов природных вод при высокой скорости прокачки исследуемого раствора.
Claims (1)
- Способ получения сорбента на основе полиакрилонитрильного волокна и ферроцианида переходного металла, предусматривающий предварительную обработку полиакрилонитрильного волокна, которая заключается в нагревании его в растворе гидроксида натрия до температуры 60-70°С в течение 2-3 часов, после чего волокно промывают и отжимают, далее волокно вымачивают при непрерывном перемешивании в растворе хлорида железа III при 80-85°С, горячее волокно отжимают и погружают в раствор аммиака, далее волокно отмывают дистиллированной водой, далее проводят сушку до постоянной массы, после чего волокно распушивают с получением подготовленного волокна, либо предварительную обработку, которая заключается в обработке распушенного полиакрилонитрильного волокна предварительно нагретым до 65-70°С раствором перманганата калия до полной пропитки волокна, с последующими промывкой подготовленного волокна, сушкой до постоянной массы, после чего волокно распушивают с получением подготовленного волокна, с последующей обработкой подготовленного волокна при перемешивании слабокислым раствором ферроцианида калия, затем обработкой раствором соли переходного металла и сушкой до постоянной массы готового сорбента.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2828608C1 true RU2828608C1 (ru) | 2024-10-14 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2850221C1 (ru) * | 2025-02-05 | 2025-11-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Композитные сорбционные материалы на основе смешанных ферроцианидов K-Co и K-Cu для извлечения цезия из водных сред |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2111050C1 (ru) * | 1997-08-11 | 1998-05-20 | Виктор Павлович Ремез | Способ получения композитных сорбентов на основе целлюлозных носителей |
| WO1999010278A1 (en) * | 1997-08-27 | 1999-03-04 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Adsorbent for metal ions and method of making and using |
| RU2320406C2 (ru) * | 2005-05-25 | 2008-03-27 | Закрытое Акционерное Общество "Альянс-Гамма" | Способ получения ферроцианидного сорбента |
| RU2345833C1 (ru) * | 2007-11-26 | 2009-02-10 | Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) | Способ получения ферроцианидных сорбентов |
| RU2430777C1 (ru) * | 2010-03-25 | 2011-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ получения хитозансодержащего сорбента |
| US20140194665A1 (en) * | 2011-08-19 | 2014-07-10 | The Foundation For The Promotion Of Industrial Science | Radioactive cesium adsorbent, method for producing the same, and method for removing radioactive cesium in environment with said adsorbent |
| RU2618705C2 (ru) * | 2015-09-24 | 2017-05-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Способ получения композитных сорбентов, селективных к радионуклидам цезия |
| RU2746194C2 (ru) * | 2019-07-12 | 2021-04-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения неорганического ферроцианидного сорбента (варианты) |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2111050C1 (ru) * | 1997-08-11 | 1998-05-20 | Виктор Павлович Ремез | Способ получения композитных сорбентов на основе целлюлозных носителей |
| WO1999010278A1 (en) * | 1997-08-27 | 1999-03-04 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Adsorbent for metal ions and method of making and using |
| RU2320406C2 (ru) * | 2005-05-25 | 2008-03-27 | Закрытое Акционерное Общество "Альянс-Гамма" | Способ получения ферроцианидного сорбента |
| RU2345833C1 (ru) * | 2007-11-26 | 2009-02-10 | Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (Институт химии ДВО РАН) | Способ получения ферроцианидных сорбентов |
| RU2430777C1 (ru) * | 2010-03-25 | 2011-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ получения хитозансодержащего сорбента |
| US20140194665A1 (en) * | 2011-08-19 | 2014-07-10 | The Foundation For The Promotion Of Industrial Science | Radioactive cesium adsorbent, method for producing the same, and method for removing radioactive cesium in environment with said adsorbent |
| RU2618705C2 (ru) * | 2015-09-24 | 2017-05-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Способ получения композитных сорбентов, селективных к радионуклидам цезия |
| RU2746194C2 (ru) * | 2019-07-12 | 2021-04-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения неорганического ферроцианидного сорбента (варианты) |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Шибецкая Ю.Г. и др. Акриловое волокно на основе гидроксида железа (+3): Методы получения, свойства, применение в океанологических исследованиях. X Российская конференция с международным участием "Радиохимия-2022". Сборник тезисов, Санкт-Петербург, 2022, 544 с.с. 187, с. 213. Ремез В.П. и др. Целлюлозно-неорганические сорбенты в радиохимическом анализе I. Перспективные сорбенты для радиохимического анализа. Сорбционные и хроматографические процессы. 2009. Т. 9, N 5, с. 627-632. Ремез В.П. и др. Целлюлозно-неорганические сорбенты в радиохимическом анализе II. Синтез и свойства сорбента АНФЕЖ, Сорбционные и хроматографические процессы, 2009, Т. 9, N 5, с.739-744. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2850221C1 (ru) * | 2025-02-05 | 2025-11-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Композитные сорбционные материалы на основе смешанных ферроцианидов K-Co и K-Cu для извлечения цезия из водных сред |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1138280C (zh) | 用于放射性核素的吸附剂及其制备方法和用途 | |
| US6989102B1 (en) | Alginate gel based adsorbents for heavy metal removal | |
| US4461711A (en) | Method for separating and collecting iodine | |
| US5407889A (en) | Method of composite sorbents manufacturing | |
| RU2091158C1 (ru) | Способ получения фильтрующего материала для удаления ионов марганца из воды | |
| Deng et al. | Fluoride sorption by metal ion-loaded fibrous protein | |
| DE60203126T2 (de) | Fester verbundwerkstoff zum binden von mineralischen schadstoffen, verfahren zu dessen herstellung und verfahren zur bindung von mineralischen schadstoffen unter verwendung desselben | |
| Qin et al. | Tannic acid-assisted prussian blue anchoring on membranes for rapid and recyclable removal of cesium | |
| Perlova et al. | Hydrated titanium dioxide modified with potassium cobalt hexacyanoferrate (II) for sorption of cationic and anionic complexes of uranium (VI) | |
| RU2828608C1 (ru) | Способ получения волокнистых сорбентов для извлечения цезия | |
| Tandekar et al. | Chitosan-zirconia microballs for proficient removal of chromate and phosphate ions from water bodies | |
| RU2345833C1 (ru) | Способ получения ферроцианидных сорбентов | |
| RU2113024C1 (ru) | Неорганический сферогранулированный композиционный сорбент на основе гидроксида циркония и способ его получения | |
| US5169825A (en) | Ammonium ion- and ammonia-selective adsorbent and process for preparation of same | |
| RU2399974C1 (ru) | Способ очистки от радионуклидов водной технологической среды атомных производств | |
| JP2000033387A (ja) | 水中砒素の除去方法 | |
| CN110975847A (zh) | 一种热稳定性良好的磁性阳离子水凝胶复合吸附材料 | |
| RU2618705C2 (ru) | Способ получения композитных сорбентов, селективных к радионуклидам цезия | |
| RU2282906C2 (ru) | Способ очистки радиоактивных водных растворов | |
| RU2330340C2 (ru) | Способ извлечения радионуклидов из водных растворов | |
| Passounaud et al. | Water nitrate removal with ion-exchanger grafted textiles | |
| RU2085502C1 (ru) | Способ извлечения таллия из промышленных сточных вод | |
| RU2550343C1 (ru) | Способ извлечения радионуклидов и микроэлементов | |
| RU2746194C2 (ru) | Способ получения неорганического ферроцианидного сорбента (варианты) | |
| RU2501603C1 (ru) | Способ получения сорбента на основе микросфер зол-уноса для очистки жидких радиоактивных отходов (варианты) |