Спосіб очищення води

Спосіб очищення води, забрудненої ураном та трансурановими елементами, шляхом обробки вихідного розчину високомолекулярним комплексоутворювачем, осадженням одержаного комплексу з подальшою ультрафільтрацією на мембранах з поліетилентерефталату, який відрізняє ться тим, що очи щення води здійснюють при концентрації урану 2-65 мг/дм 3 та рН розчину 6-7, обробку проводять протягом години при співвідношенні комплексоутворювач:уран (1-10):1, а як комплексоутворювач беруть гуанідинвмісний аддукт стр уктурної формули: H2N-C-NH-CH2 -CH-R-CH-CH2 NH-C-NH2 Винахід належить до способу очищення води шляхом видалення та розділення йонів металів та може бути використаний для очищення води, що містить рідкі радіоактивні відходи (РРВ), від радіонуклідів. Відомий спосіб очищення води видаленням ионів полівалентних та металів та урану з многокомпонентних розчинів, який поєднує в собі комплексоутворення та ультрафільтрацію (КОУФ) [1-4], за яким в розчин, що містить иони полівалентних металів, вводиться високомолекулярний комплексоутворювач, який утворює з ними стійкі комплексні сполуки, що приводить, як правило, до утворення полімерних комплексів більших стеричних розмірів, що дозволяє здійснювати їх виділення (концентрування) з розчинів на ультрафільтраційних мембранах. У фільтраті залишаються низькомолекулярні компоненти, які не утворюють комплекси, і тому не затримуються ультрафільтраційними мембранами. [4]. Найбільш близьким за техничною суттю до заявляемого винаходу є спосіб ультрафільтраційного очищення води від перехідних металів та урану із застосуванням високомолекулярного комполексоутворювача водорозчинних полімерівполіетиленіміну, поліакриламіду полівінілпіролідону, та деяких інших речовин з концентрацією 10-15мг/дм 3 та подальшою ультрафільтрацією отриманого комплексу на мембрані з середнім діаметром пор 0,02мкм [5]. При рН 6 очищаємої незабрудненої води та застосуванні найбільш ефективних реагентівполіакриламіду, поліетиленіміну, , C CH3 O-CH 2 (13) CH 2-O C2 CH3 . 81516 де R NH.HCl (11) OH UA OH (19) NH.HCl 3 81516 коефіцієнт затримки урану становить однакову величину-80%. При наявності у воді йонів кальцію (50мг екв/дм 3) коефіцієнт затримки урану становить від 60 до 42%. Недоліком застосування таких сполук комплексоутворювачів полягає в їх недостатньому коефіцієнті затримки. Технічним авданням цього винаходу є створення ефективного способу очистки води від урану та підвищенню коефіцієнту затримки. Поставлене завдання вирішується тим, що за способом очищення води від урану, включаючий обробку води високомолекулярним комплексоутворювачем, осадження отриманного комплексу та подальшу ультрафільтрацію його на мембранах з поліетилентерефталату, згідно із запропонованим винаходом, як високомолекулярний комплексоутворювач використовують гуанідинвміснмй аддукт (ГА) структурної формули: при концентрації урану 2-65мг/дм 3 та співвідношенні ГА до урану (1-10): 1, та рН розчину 6-7. Гуанідінвмісний аддукт був синтезований взаємодією епоксидної діанової смоли, гуанідінхлориду у мольному співвідношенні компонентів 1:2, застосовувався як бактерицидна речовина [5]. Отриманий аддукт являє собою смолоподібну речовину, розчинну у воді. За запропонованим способом він застосовується для очищення води від урану. Для підтвердження можливостей здійснення винаходу використовували: 1-модельні розчини нітрату уранілу UО2(NO)3) 2, пилоподавляючий склад, фонові електроліти (СаСI2, NaCl), 2- РРВ. В модельних розчинах та РРВ концентрація урану складає 2-65мг/дм 3, а їх рН-6-7. Очистку модельних розчинів та РРВ проводили з використанням розрахованих кількостей розчину гуанідінвмісного аддукту відповідно при співвідношенні компонентів - введеного аддукту та урану від (1-10) :1. Концентрація водного розчину гуанідінвмісного аддукту 0,1%. Для експериментальної перевірки заявляемого способу було вивчено дію гуанідінвмісного аддукту та їх комплексів на поліетилентерефталатних мембранах виробництва Дубна з радіусом пор 0,05 мкм.. Заявляємий спосіб підтверджується такими прикладами, які ні в якому разі не обмежують обсяг патентних домагань. Приклад 1. По заявляемому способу очищення води 1дм 3 суміші містить 2мг ураніл-йону та 4мг гуанідінвмісного аддукту, який утворює в водному розчині комплекс з ураніл-йоном при рН=6 Потім розчин підлягають ультрафільтрації на 4 поліетилентерефталатній мембрані з розміром пор 0,05мкм. Високомінералізований розчин, який містить иони лужних та лужноземельних металів, на 100 % проходить через мембрану, а концентрат уранового комплексу затримується в надмембранному просторі, вода стає очищенною. Приклад 2 По заявляемому способу очищенню води 1дм 3 суміші містить 2мг ураніл-йону та 8мг гуанідінвмісного аддукту, який утворює в водному розчині комплекс з ураніл-йоном при рН=7 Потім розчин підлягають ультрафільтрації на поліетилентерефталатній мембрані з розміром пор 0,05мкм. Високомінералізований розчин, який містить иони лужних та лужноземельних металів, проходить через мембрану, а концентрат уранового комплексу затримується в надмембранному просторі, вода стає очищенною. Приклад 3 По заявляемому способу очищенню води 1дм 3 суміші містить 2мг ураніл-йону та 20мг гуанідінвмісного аддукту, який утворює в водному розчині комплекс з ураніл-йоном при рН=6. Потім розчин підлягають ультрафільтрації на поліетилентерефталатній мембрані з розміром пор 0,05мкм. Високомінералізований розчин, який містить иони лужних та лужноземельних металів, проходить через мембрану, а концентрат уранового комплексу затримується в надмембранному просторі, вода стає очищенною. Приклад 4. По заявляемому способу очищенню води 1дм 3 суміші містить 10мг ураніл-йону та 10мг гуанідінвмісного аддукту, який утворює в водному розчині комплекс з ураніл-йоном при рН=7. Потім розчин підлягають ультрафільтрації на поліетилентерефталатній мембрані з розміром пор 0,05мкм. Високомінералізований розчин, який містить иони лужних та лужноземельних металів, на 100% проходить через мембрану, а концентрат уранового комплексу затримується в надмембранному просторі, вода стає очищенною. Приклад 5. По заявляемому способу очищенню води 1дм 3 суміші містить 10мг ураніл-йону та 20мг гуанідінвмісного аддукту, який утворює в водному розчині комплекс з ураніл-йоном при рН=6. Потім розчин підлягають ультрафільтрації на поліетилентерефталатній мембрані з розміром пор 0,05мкм. Високомінералізований розчин, який містить иони лужних та лужноземельних металів, на 100% проходить через мембрану, а концентрат уранового комплексу затримується в надмембранному просторі, вода стає очищенною. Приклад 6. По заявляемому способу очищення води 1дм 3 суміші містить 10мг ураніл-йону та 40мг гуанідінвмісного аддукту, який утворює в водному розчині комплекс з ураніл-йоном при рН=7. Потім розчин підлягають ультрафільтрації на поліетилентерефталатній мембрані з розміром пор 0,05мкм. Високомінералізований розчин, який містить иони лужних та лужноземельних металів, на 100% проходить через мембрану, а концентрат 5 81516 уранового комплексу затримується в надмембранному просторі, вода стає очищенною. Приклад 7. По заявляемому способу очищення води 1дм 3 суміші містить 20мг ураніл-йону та 20мг гуанідінвмісного аддукту, який утворює в водному розчині комплекс з ураніл-йоном при рН=6. Потім розчин підлягають ультрафільтрації на поліетилентерефталатній мембрані з розміром пор 0,05мкм. Високомінералізований розчин, який містить иони лужних та лужноземельних металів, на 100% проходить через мембрану, а концентрат уранового комплексу затримується в надмембранному просторі, вода стає очищенною. Приклад 8. По заявляемому способу очищення води 1дм 3 суміші містить 20мг ураніл-йону та 40мг гуанідінвмісного аддукту, який утворює в водному розчині комплекс з ураніл-йоном при рН=7. Потім розчин підлягають ультрафільтрації на поліетилентерефталатній мембрані з розміром пор 0,05мкм. Високомінералізований розчин, який містить иони лужних та лужноземельних металів, на 100% проходить через мембрану, а концентрат уранового комплексу затримується в надмембранному просторі, вода стає очищенною. Приклад 9. По заявляемому способу очищення води 1дм 3 суміші містить 20мг ураніл-йону та 80мг гуанідінвмісного аддукту, який утворює в водному розчині комплекс з ураніл-йоном при рН=6. Потім розчин підлягають ультрафільтрації на поліетилентерефталатній мембрані з розміром пор 0,05мкм. Високомінералізований розчин, який містить иони лужних та лужноземельних металів, на 100% проходить через мембрану, а концентрат уранового комплексу затримується в надмембранному просторі, вода стає очищенною. Приклад 10. По заявляемому способу очищення води 1дм 3 суміші містить 20мг ураніл-йону та 200мг гуанідінвмісного аддукту, який утворює в водному розчині комплекс з ураніл-йоном при рН=7. Потім розчин підлягають ультрафільтрації на поліетилентерефталатній мембрані з розміром пор 0,05мкм. Високомінералізований розчин, який містить иони лужних та лужноземельних металів, на 100% проходить через мембрану, а концентрат уранового комплексу затримується в надмембранному просторі, вода стає очищенною. Приклад 11 (прототип) Воду, яка містить 20мг урану в 1дм 3, 0,012м СаСl2 обробляли 15мг високомолекулярного поліакриламіду з молекулярною масою 20000000 виробництва фірми Allied Colloid GmbH (Гамбург), який утворює у водному розчині комплекс з ураном при рН 6. Потім розчин підлягають ультрафільтрації на поліетилентерефталатній мембрані з розміром пор 0,05мкм або на поліамідній мембрані 0,01мкм. Коефіцієнт затримки урану на мембрані 0,05мкм- становить 60%, а на мембрані 0,01мкм-65%. Концентрацію урану в розчинах визначали за стандартною методикою фотометричним визначенням урану у вигляді комплексу уранілу з 6 використанням фотометру КФК-2 при довжині хвилі 670нм. Концентрацію урану в розчинах визначали також методом вимірювання інтенсивності люмінесцентних ионів уранілу при їх збудженні ультрафіолетовим випромінюванням азотного імпульсного лазеру. Для підсилення люмінесценції у розчин вводили полісілікат натрію, в присутності якого при рН 6-10 спостерігалось інтенсивне випромінювання урану з максимумом 530нм. Для визначення коефіцієнту затримування урану використовували метод ультрафільтрації. В таблиці 1 подано вплив рН розчину на коефіцієнт затримки урану для комплексів гуанідінвмісний аддукт- уран на ядерній мембрані 0,05мкм. Концентрація розчину гуанідінвмісного аддукту (Г А) 0,1%, вихідна концентрація урану 20мг/дм 3, співвідношення ГА:уран 2:1 по масі, фоновий електроліт 0,012м СаСl2. Як видно з даних таблиці в кислому середовищі коефіцієнт затримки дорівнює 0, при підвищенні рН від 2 до 7 спостерігається підвищення коефіцієнту затримки урану до 98%.. Експериментально показано ,що аналогічна залежність спостерігається також на модельних розчинах, які містять нітрат уранілу, пилоподавляючий склад та фоновий електроліт. Залежність коефіцієнту затримки від рН обумовлена конформаційними змінами в молекулі гуанідінвмісного аддукту, а також впливом електрохімічного механізму затримування. Вплив співвідношення гуанідінвмісного аддукту та урану (β) в розчині на коефіцієнт затримки урану представлений в таблицях 2,3. 7 81516 Як видно з даних таблиць 2 та 3 коефіцієнт затримки урану залежить від співвідношення гуанідінвмісного аддукту : уран. При очищенні від йонів урану ефективність видалення металу з розчину при збільшенні значення β зростає до значення співвідношення 2:1 - 4:1. При подальшому зростанні β ефективність видалення урану підвищується в незначній мірі і залишається приблизно на тому ж рівні (94-99%). 8 Як видно з даних таблиці 4, коефіцієнт затримки урану залежить від співвідношення гуанідінвмісного олігомеру : уран. При очищенні від йонів урану ефективність видалення металу з розчину при збільшенні величини співвідношення від 2:1 - 4:1 зростає. При подальшому зростанні співвідношення ефективність видалення урану підвищується в незначній мірі і залишається приблизно на тому ж рівні. Гуанідінвмісним аддукти утворює стійкі комплекси з ураніл-йоном з водних середовищ, які містять рідкі радіоактивні відходи при рН-6, ступінь видалення полівалентних металів становить 89-95%, що значно перевищує дані по коефіцієнту затримки прототипу. При застосуванні гуанідінвмісного аддукту є можливість його регенерування. Література 1. Темкина В.Я, Дятлова Н.М., Колпакова И.Д. Комплексоны. М. «Химия» 1970, 415 С. 2. Брык М.Т, Цапюк Е.А. Ультрафильтрация. К. «Наукова думка», 1989, 320 С. 3. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. М.. «Химия», 1986, 272 С. 4. Дытнерский Ю.И., Жилин Ю.Н., Волчек К.Ф. Концентрирование переходных металлов в многокомпонентных растворах, комплексообразованием и ультрафильтрацией // Химия и технология воды.- 1984. - 6.- №5.- С 401408. 5. Корнилович Б.Ю., Ковальчук И.Α., Пшенко Г.Н., Цапюк Е.А.Дриворучко А.И. Очистка воды от урана методом ультрафильтрации. Химия и технология воды. 2000. Т.22. №1. С.66-73.прототип. 6. Вортман М.Я., Вакулюк П.В., Коновалова В.В. , Клименко Н.С., Бурбан М.Ф., Брик М.Т., 9 81516 Шевченко В.В. Гуанідінвмісний аддукт як бактерицидна речовина. Деклараційний патент України. № 20031211456 Бюл. 9. 2004. 10