Спосіб очистки води від урану

1. Спосіб очистки води від урану, що включає фільтрування води через ультрафільтраційну мембрану, який відрізняється тим, що процес здійснюють у присутності суміші поліетиленіміну (ПЕІ) та динатрієвої солі етилендіамінтетраоцтової кислоти (ЕДТА) при масовому співвідношенні компонентів уран:ПЕІ:ЕДТА, рівному 1:(2  10):(2  10), відповідно. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що процес здійснюють при рН середовища 4,5-11,0. (19) (21) a200908277 (22) 05.08.2009 (24) 25.08.2011 (46) 25.08.2011, Бюл.№ 16, 2011 р. (72) КРИВОРУЧКО АНТОНІНА ПЕТРІВНА, ЮРЛОВА ЛЮДМИЛА ЮРІЇВНА, РОМАНЮКІНА ІРИНА ЮРІЇВНА (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А.В. ДУМАНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ 3 Таким чином, основним недоліком відомого способу [2] є недостатньо високий ступінь очистки уранвмісних вод (92,0-95,5 %). В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалити спосіб баромембранної очистки води від урану шляхом додавання до вихідного розчину суміші комплексоутворювачівполіелектролітів і створення необхідного рН середовища, що забезпечило б суттєве збільшення ступеня очистки води від урану. Поставлена задача вирішується способом очистки води від урану, що включає фільтрування води через ультрафільтраційну мембрану, у якому, згідно з корисною моделлю, фільтрування здійснюють на ультрафільтраційній мембрані у присутності суміші комплексоутворювачів ПЕІ та ЕДТА при масовому співвідношенні компонентів уран: ПЕІ: ЕДТА, рівному 1:(210):(210). та при рН середовища 4,5-11,0. Нами вперше запропоноване застосування суміші поліелектролітів - високомолекулярного ПЕІ та низькомолекулярного ЕДТА - для очистки уранвмісної води від урану. Введення суміші поліелектролітів при заявляємому масовому співвідношенні компонентів уран: ПЕІ: ЕДТА, рівному 1:(210):(210), і створення рН у діапазоні (4,511,0) забезпечують створення умов для ефективного видалення урану, як ми вважаємо, за рахунок утворення комплексів U(VI)-ПEI, U(VI)-ЕДТА, U(VI)ПЕІ-ЕДТА, які практично повністю затримуються мембраною у процесі очистки. Таким чином, заявлена сукупність суттєвих ознак способу очистки води від урану є необхідною та достатньою для досягнення забезпечуваного корисною моделлю технічного результату ступеня очистки на рівні 97,0-100 % при досить високій продуктивності мембран (40,3-75,8 3 2 дм /(м год.)). Спосіб реалізується таким чином. Для процесу очистки уранвмісної води використовували ультрафільтраційну мембрану УПМ-20. Мембрана УПМ-20 - це полімерна сульфонамідна мембрана виробництва фірми "Владипор", Росія із розміром пор 20-30 нм. Фільтрування проводили у так званому "тупиковому" режимі з використанням 3 комірки об'ємом 1 дм при тиску 0,2 МПа. Тиск створювали шляхом подачі стисненого азоту. Робоча площа мембрани УПМ-20 у всіх виконаних 2 роботах - 0,95 дм . При "тупиковому" фільтруванні відбувається продавлення очищуваної води у комірці через мембрану зверху вниз. 3 У воду, яка містить 10 мг/дм урану, додавали суміш комплексоутворювачів ПЕІ та ЕДТА із масовим співвідношенням компонентів уран: ПЕІ: ЕДТА, рівному 1:(210):(210), створювали рН 4,511,0 та фільтрували утворений розчин при тиску 0,2 МПа. Застосовували поліетиленімін виробництва фірми "Sigma-Aldrich", Германія з розгалуженою просторовою будовою та молекулярною масою 60000 [http://www.sigmaaldrich.com/catalog] [4] 62217 4 та динатрієву сіль етилендіамінтетраоцтової кислоти, з молекулярною масою 372 виробництва заводу "РІАП", Україна [ТУ 6-09-2540-87] [5]. Проби 3 пермеату (очищеної води) по 40 см відбирали до встановлення стабільних концентрацій урану в них. Уран визначали фотометричним методом за допомогою арсеназо ІІІ. Методика визначення описана у [Е. Upor, M. Mohai and C.Novak, Photometric Methods in Inorganic Trace Analyses.Academiai Kiado, Budapest, 1985, 362p.] [6]. Приклад 1 Очистці піддавали воду із вмістом урану 10 3 мг/дм . Розчин урану готували із сульфату уранілу UO2SO43H2O. До розчину урану додавали суміш комплексоутворювачів з концентрацією: ПЕІ 20 3 3 мг/дм та ЕДТА 20 мг/дм у масовому співвідношенні компонентів уран: ПЕІ: ЕДТА, рівному 1:2:2. Для процесу очистки уранвмісної води використовували ультрафільтраційну полісульфонамідну мембрану УПМ-20. Робоча площа мембрани УПМ2 20-0,95 дм , розмір пор 20 нм. Фільтрування уранвмісної води проводили у "тупиковому" режимі з використанням комірки 3 об'ємом 1 дм . Тиск, який створювали шляхом подачі стисненого азоту, при цьому складав 0,2 МПа. Перед подачею води у комірку створювали рН, рівне 8. 3 Воду вищевказаного складу об'ємом 0,5 дм фільтрували при тиску 0,2 МПа через мембрану УПМ-20 у "тупиковому" режимі до досягнення ступеня відбору пермеату 0,6. При цьому досягався ступінь очистки 100 %. Продуктивність мембрани 3 2 становила 50,6 дм /(м год.) (таблиця, приклад 2). Приклад 2 Очистці піддавали воду із вмістом урану 10 3 мг/дм . Розчин урану готували із сульфату уранілу UO2SO43H2O. До розчину урану додавали суміш комплексоутворювачів з концентрацією: ПЕІ 20 3 3 мг/дм та ЕДТА 20 мг/дм у масовому співвідношенні компонентів уран: ПЕІ: ЕДТА, рівному 1:2:2. Для процесу очистки уранвмісної води використовували ультрафільтраційну полісульфонамідну мембрану УПМ-10. Робоча площа мембрани УПМ2 10-0,95 дм , розмір пор 10 нм. Фільтрування уранвмісної води проводили у "тупиковому" режимі з використанням комірки 3 об'ємом 1 дм . Тиск, який створювали шляхом подачі стисненого азоту, при цьому складав 0,2 МПа. Перед подачею води у комірку створювали рН, рівне 8. 3 Воду вищевказаного складу об'ємом 0,5 дм фільтрували при тиску 0,2 МПа через мембрану УПМ-10 у "тупиковому" режимі до досягнення ступеня відбору пермеату 0,6. При цьому досягався ступінь очистки 100 %. Продуктивність мембрани 3 2 становила 10,5 дм /(м год.) (таблиця, приклад 13). 5 62217 6 Таблиця 1 Масове співвідношення компонентів уран: ПЕІ: ЕДТА 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1:2:2 1:2:2 1:2:2 1:10:10 1:10:10 1:10:10 1:4:6 1:4:6 1:4:4 1:4:10 1:10:2 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 1:2:2 1:2:2 1:2:2 1:10:10 1:10:10 1:10:10 1:4:6 1:4:6 1:4:4 1:4:10 1:10:2 23 24 25 26 1:1:1 1:12:12 1:2:2 1:2:.2 27 28 29 30 1:1:1 1:12:12 1:2:2 1:2:2 31 № п/п рН середовища Ступінь очистки, % 3 4 За корисною моделлю УПМ-20 4,5 99,0 8,0 100 11,0 100 4,5 97,0 8,0 100 11,0 100 4,5 97,6 11,0 100 4,5 99,0 4,5 97,0 4,5 99,4 УПМ-10 4,5 99,5 8,0 100 11,0 100 4,5 98,0 8,0 100 11,0 100 4,5 98,3 11,0 100 4,5 99,7 4,5 98,0 4,5 100 Позамежні значення УПМ-20 4,5 85,0 4,5 95,8 3,5 56,2 12,0 100 УПМ-10 4,5 88,2 4,5 98,4 3,5 63,5 12,0 100 За найближчим аналогом 11,0 95,0 Аналогічно прикладу виконання за корисною моделлю були проведені досліди по очистці води, 3 яка містить 10 мг/дм урану, із застосуванням суміші комплексоутворювачів ПЕІ та ЕДТА із масовим співвідношенням компонентів уран: ПЕІ: ЕДТА та при рН середовища як у межах заявляємого діапазону, так і поза його межами. Отримані результати представлені у таблиці (приклади 1-30). Встановлено, що при використанні суміші комплексоутворювачів ПЕІ та ЕДТА із заявляємим масовим співвідношенням компонентів уран : ПЕІ : ЕДТА, рівному 1:(2÷10):(2÷10) та при заявляємих величинах рН середовища 4,5-11,0 створюються умови для ефективного видалення урану, тобто отримано ступінь очистки 97,0-100 % при продук3 2 тивності 40,3-75,8 дм /(м ·год.) (таблиця, приклади 1-22,27). Продуктивність мембрани, 3 2 дм /(м год.) 5 75,8 50,6 46.4 50,4 42,6 40,3 55,7 46,2 57,6 51,2 67,3 15,3 10,5 9,1 10,0 8,5 7,9 11,7 9,4 11,2 10,5 13,4 74,8 38,7 76,3 35,8 15,1 7,5 15,9 6,9 64,7 Встановлено, що оптимальним масовим співвідношенням компонентів уран : ПЕІ : ЕДТА, яке забезпечує ефективний процес очистки води від урану, є діапазон співвідношень 1:2:2 та оптимальним рН середовища є рН 8,0-11,0. При використанні суміші комплексоутворювачів ПЕІ та ЕДТА із масовим співвідношенням компонентів уран : ПЕІ : ЕДТА нижче межі, що заявляється, наприклад, 1:1:1 (таблиця, приклади 23,27), отриманий невисокий ступінь очистки 85,0 %. При використанні суміші комплексоутворювачів ПЕІ та ЕДТА із масовим співвідношенням компонентів уран : ПЕІ : ЕДТА, рівним 1:12:12, яке вище межі, що заявляється, ступінь очистки води від урану зменшується (до 95,8,0 %) з одночасним значним зменшенням продуктивності (до 38,7 3 2 дм /(м ·год.)) (таблиця, приклади 24, 28). 7 При очистці води, рН якої нижче заявленої межі і дорівнює, наприклад, 3,5, при використанні суміші комплексоутворювачів ПЕІ та ЕДТА із заявленим масовим співвідношенням компонентів уран : ПЕІ : ЕДТА 1:2:2, ступінь очистки значно знижується і досягає всього лише 56,2 % (таблиця, приклади 25, 29). У випадку, коли воду очищують при рН середовища вище заявляємої межі, наприклад, рН 12, при використанні суміші комплексоутворювачів ПЕІ та ЕДТА із масовим співвідношенням компонентів уран : ПЕІ : ЕДТА, яке знаходиться у заявляємих межах (1:2:2), відбувається значне змен3 2 шення продуктивності до 35,8 дм /(м тод) (приклад 3 2 26) та 6,9 дм /(м ·год.) (приклад 30). Як ми вважаємо, це пов'язане з утворенням, крім комплексів U(VІ)-ПЕІ, U(VІ)-ЕДТА, U(VІ)-ПЕІ-ЕДТА, великої кількості гідроксокомплексів урану, що зменшує Комп’ютерна верстка М. Ломалова 62217 8 продуктивність мембрани через суттєве перекривання цими комплексами її пор. Крім того, це також пов'язане з тим, що верхня межа значення рН середовища (рН 11,0) обмежена експлуатаційними характеристиками мембрани, оскільки оптимальні величини рН, при яких мембрана функціонує, це рН 2-12 [Полимерные мембраны ВЛАДИПОР, г. Владимир, 1999, с. 7-8] [7]. Переваги запропонованого способу очистки води від урану порівняно із відомим [2] полягають у наступному. Реалізація запропонованого способу приводить до підвищення ступеня очистки води від урану від 95,0 % до (97,0 %-100 %), тобто - на 5 %.При очистці уранвмісних вод може досягатися практично повне видалення урану, що є дуже важливим для охорони довкілля. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601