Спосіб одержання сорбенту “поролас-дб18к6-sr”

Реферат: Спосіб одержання сорбенту "Поролас-ДБ18К6-Sr" полягає в імпрегнуванні краун-ефіру на полімерну матрицю. Як полімерну матрицю використовують неіоногенний сорбент "Поролас-Т", а як краун-ефір - дибензо-18-краун-6. UA 74423 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ СОРБЕНТУ "ПОРОЛАС-ДБ18К6-SR" UA 74423 U UA 74423 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до галузі хімічних технологій, зокрема до сорбційних матеріалів. Може застосовуватися для селективного витягання стронцію з водних розчинів складного сольового складу, у тому числі з рідких радіоактивних відходів, азотнокислих розчинів відпрацьованого ядерного палива. Найбільш близькими аналогами пропонованої корисної моделі є сорбент Sr-Spec [1-2] і твердий екстрагент (ТВЕКС) на основі дициклогексил-18-краун-6, імпрегнованого в стиролдивінілбензольну матрицю [3]. Сорбент Sr-Spec одержують шляхом нанесення розчину ди-трет-бутил-дициклогексил-18краун-6 в октанолі-1 на інертний пористий носій (Amberlite XAD-7 або Amberchrom CG-71 ms). Твердий екстрагент на основі дициклогексил-18-краун-6, імпрегнованого в стиролдивінілбензольну матрицю, одержують шляхом полімеризації суміші стиролу, 58 %-го дивінілбензолу, динітрилу азодіізомасляної кислоти, дицикло-гексил-18-краун-6 і 0,75 %-го водного розчину крохмалю. Недоліками наведених аналогів є те, що для їх одержання використовується дициклогексил18-краун-6 і його похідні, які мають досить високу розчинність у воді, що веде до їх вимивання із сорбційної системи, а також високу токсичність і дорожнечу. Суть корисної моделі полягає в одержанні стронцій-селективного сорбенту на основі малорозчинного у воді нетоксичного і відносно дешевого дибензо-18-краун-6 (ДБ18К6), відсоток вимивання якого із сорбційної системи значно менше, чим дициклогексил-18-краун-6. Технічний результат досягається шляхом використання як краун-ефіру ендорецептора дибензо-18-краун-6 з використанням як вихідної матриці - неіоногенного сорбенту "Поролас-Т". Спосіб одержання сорбенту "Поролас-ДБ18К6-Sr" полягає в наступному. Вихідну полімерну матрицю "Поролас-Т" промивають бідистильованою водою. Після цього визначають вміст стронцію в промивній воді на атомно-адсорбційному спектрофотометрі "Сатурн-4" з електротермічним атомізатором. Якщо концентрація стронцію в досліджуваній пробі перебуває в межах нульового розчину, сорбент готовий до подальшого використання. Якщо це значення перевищене, промивання повторюють доти, поки не одержать чистий від стронцію сорбент. Після промивання сорбент "Поролас-Т" сушать при температурі 80 °C у сушильній електрошафi до встановлення постійної маси. Потім у висушену смолу "Поролас-Т" імпрегнують різну кількість ДБ18К6: 0,025; 0,05; 0,1 і 0,2 г, для чого зважену кількість ДБ18К6 розчиняють в 10 мл хлороформу і змішують з 1 г "Поролас-Т". Отриману суміш нагрівають протягом двох годин при 60 °C у роторному випарнику. Далі температуру піднімають до 65-70 °C і відганяють хлороформ. Отриманий сорбент сушать при кімнатній температурі до встановлення постійної маси. Кількість ДБ18К6, імпрегнованого в "Поролас-Т", розраховується за формулою: mКE=mн.КЕ-mк.КЕ г, де mн.КЕ - маса ДБ18К6, взята для приготування сорбенту, г; mк.КЕ - мaca ДБ18К6, що залишилась на стінках колби випарника, г. Відсоток ДБ18К6, імпрегнованого в "Поролас-Т", визначається за формулою: КЕ  40 mКЕ  100% mсор , де mсор - маса отриманого сорбенту, г. Кількість хлороформу, що залишився в зернах сорбенту, розраховується за формулою: mCHCl3  mКСС  mКЭ г . У результаті одержали сорбенти, склад яких наданий у табл. 1. 45 1 UA 74423 U Таблиця 1 Маса Склад одержаного сорбенту Загальна маса Концентрація ДБ18К6, взята Маса Маса одержаного Маса ДБ18К6, % на одержання "Пороласхлороформу сорбенту, г ДБ8К6, г сорбенту, г Т", г ,г 0,0255 1,0045 0,0250 0,0591 1,0885 2,3 % 0,0261 1,0186 0,0225 0,0726 1,1167 0,0523 1,0283 0,0452 0,0921 1,1656 3,9 % 0,0532 1.0108 0,0459 0,1209 1,1776 0,1011 1,0755 0,0834 0,3569 1,5158 5,5 % 0,1020 1,0160 0,0816 0,3859 1,4835 0,2022 1,0434 0,1176 0,6482 1,8092 6,5 % 0,2028 1,0554 0,1216 0,6907 1,8677 5 10 Втрати ДБ18К6, г 0,0005 0,0006 0,0071 0,0073 0,0177 0,0201 0,0846 0,0812 Залежність концентрації ДБ18К6 в отриманому сорбенті від маси ДБ18К6, взятої спочатку на сорбцію, показана на фіг. 1. Наочно видно, що при збільшенні вихідної кількості ДБ18К6 відбувається насичення матриці краун-ефіром, що призводить до його втрат на стадії іммобілізації. Максимальне насичення сорбенту, одержуваного цим методом, не більше 7 %. Втрати краун-ефіру в ході щеплення, можна мінімізувати, вертаючи ендорецептор для одержання нового сорбенту. Одержаний сорбент показує високі сорбційні властивості стосовно витягання стронцію. Приклад 1. Стронцій витягували з розчинів з різною концентрацією азотної кислоти 0,1; 1; 3; 5 і 7 М сорбентами ізвмістом ДБ18К6 2,3; 3,9; 5,5 %. Було визначено, що з підвищенням концентрації кислоти і краун-ефіру в сорбенті збільшується і коефіцієнт розподілу стронцію. Отримані результати надані в табл. 2 і на фіг. 2. Обробка експериментальних даних проводилася за формулою: Kp  15 Cвих  Скін Vp  мл / г Скін mсор , де Cвих - концентрація стронцію у вихідному розчині, мг/л; Скін - концентрація стронцію в розчині після сорбції, мг/л; Vp - об'єм вихідного розчину, взятого на сорбцію, мл; mсор - маса сорбенту, взятого на сорбцію, г. 20 Таблиця 2 Концентрація ДБ18К6 2,3 % 3,9 % 5,5 % 25 Концентрація кислоти 1 M HNO3 3 M HNO3 5 M HNO3 15.86 68,792 111,52 28,202 94,54 143,32 52,679 135.467 192,91 0,1 M HNO3 8,502 1,332 34,917 Отримані високі коефіцієнти розподілу при десорбції стронцію із сорбенту бідистильованою водою. Коефіцієнт розподілу стронцію зменшився щодо вихідного після сорбції 135,467 мл/г до 3,805 мл/г після десорбції, що говорить майже про повне витягання стронцію з досліджуваного сорбенту при десорбції. Обробка експериментальних даних проводилася за формулою: Kp  Cвих  Скін  Сдес Сдес  Vp mсор мл / г , де Cвих - концентрація стронцію до сорбції, мг/л; Скін - концентрація стронцію в розчині після сорбції, мг/л; С дес - концентрація стронцію в розчині після десорбції, мг/л; 30 7 M HNO3 139,334 174,457 236,668 Vp - об'єм досліджуваного розчину, взятий на десорбцію, мл; 2 UA 74423 U mсор - маса сорбенту, взятої на десорбцію, г. 5 Приклад 2. При підрахунку вибивання краун-ефіру було визначено, що відсоток вимивання ендорецептора ДБ18К6 з отриманого сорбенту не перевищує 3 % при однократному проведенні процесу протягом 48 годин, що суттєво відрізняє його від підданого вимиванню дициклогексил18-краун-6, найбільш часто використовуваного для створення стронцій-селективних сорбентів. Дослідження кінетики сорбції стронцію отриманим сорбентом показує, що основне сорбційне витягання стронцію проходить протягом 24 годин, після чого наступає більш повільна стадія встановлення сорбційної рівноваги. Загальна ж тривалість сорбції становить 48 годин. Отримані результати надані в табл. 3 і на фіг. 3. 10 Таблиця 3 Концентрація ДБ18К6, % 2,3 % 3,9 % 5,5 % 15 0 0 0 0 8 20,261 23,707 29,536 16 46,674 55,546 63,66 Тривалість сорбції, год. 24 32 40 59,403 64,741 69,917 69,19 79,86 90,357 80,582 102,107 120,541 48 71,233 95,314 135,467 56 71,532 95,769 136,984 Приклад 3. Результати кінетики десорбції стронцію із сорбенту, імпрегнованого 5,5 % ендорецептора ДБ18К6, показують, що стронцій значною мірою десорбується протягом 8 годин (близько 85 %), після чого наступає більш повільна стадія встановлення рівноваги. У такий спосіб майже повне витягання стронцію (більш 97 %) із сорбенту досягається за 24 години. Результати досліджень зведені в табл. 4 і на фіг. 4. Таблиця 4 Час, год. Коефіцієнт розподілу, мг/л 20 1 135,467 4 64,123 8 20,53 16 4,7 24 3,805 Приклад 4. Ізотерма сорбції стронцію отриманим сорбентом має лінійну залежність у вивченому інтервалі концентрацій, тобто, коефіцієнт розподілу практично не змінюється. Результати побудови ізотерми сорбції стронцію отриманим сорбентом зведені в табл. 5 і на фіг. 5. Таблиця 5 Концентрація ДБ18К6 2,3 % 3,9 % 5,5 % 25 0 0 0 0 Вихідна концентрація стронцію в розчині, мг/л 5,2809 7,3033 9,4382 13,3334 111,1703 159,8462 212,6374 301,7802 134,0659 188,9945 250,0989 353,8077 163,2033 228,533 297,9725 420,4176 17,4157 401,2143 467,8132 553,1429 Приклад 5. Оцінка селективності сорбційного витягання стронцію показала, що сорбент проявляє селективність стосовно стронцію. З вивчених металів коефіцієнти розподілу К і Са менше на порядок, а в інших металів на два й більш порядки. Результати визначення селективності витягання стронцію надані у табл. 6. Обробка експериментальних даних проводилася за формулою: Sr / Me  30 де K pSr K pMe K pSr K pMe , - коефіцієнт розподілу стронцію; - коефіцієнт розподілу досліджуваного на селективність металу. 3 UA 74423 U Таблиця 6 Результати Na 135,467 1,1387 118,9664 KpSr, МЛ/Г КрМе, мл/г Sr/Me Елемент Са Cs 135,467 135,467 17,1245 10000 K 135,467 15,8974 8,5213 Ba 135,467 2,8101 48,2072 Co 135,467 0,0169 8015,8 90 5 Приклад 6. Сорбційне витягання радіоактивного Sr сорбентом, імпрегнованим ДБ18К6, проводили з розчинів з різною концентрацією азотної кислоти 0,1; 1; 3; 5; 7 і 9 М. Було 90 визначено, що коефіцієнти розподілу стронцію при сорбції радіоактивного Sr близькі до коефіцієнтів на природній суміші ізотопів. Також це може вказувати на радіаційну стійкість отриманого сорбенту. Отримані результати зведені в табл. 7 і на фіг. 6. Визначену на радіометрі активність в імп/с перераховували в Бк/л за формулою: A 10 де Ncep  Nф V E Ncep , - середня кількість виміряних імпульсів від однієї проби, імп/с; Nф - фонове значення імпульсів, імп/с; Е - коефіцієнт ефективності перерахункової установки; V - об'єм проби, взятої для аналізу, л. Коефіцієнт розподілу обчислювали за формулою: Kp  15 Aвих  Aкін Vp  мл / г Aкін mсор , де A вих - активність вихідного радіоактивного розчину Aкін - активність радіоактивного розчину Vp 90 Sr, Бк/л; 90 Sr після сорбції, Бк/л; - об'єм радіоактивного розчину, взятий на сорбцію, мол; mсор - маса сорбенту, взятого на сорбцію, г. Таблиця 7 Досліджуваний параметр 1М 2,51·105 Концентрaція HNO3 3М 5М 2,51·105 2,51·105 7М 2,51·105 9М 2,51·105 Aвих , Бк/л 0,1 М 2,51·105 Aкін , Бк/л 1,961·105 1,425·105 0,958·105 6,766·105 0,655·105 0,595·105 , мол/г 27,985 76,098 161,914 227,694 283,4 321,85 Kp 20 25 30 Таким чином, отриманий сорбент підтвердив високі сорбційні властивості при сорбції 90 радіоактивного Sr. Джерела інформації: 1. Horwitz E.Ph. The application of novel extraction chromatographic materials to the characterization of radioactive waste solutions / E.Ph. Horwitz, M.L. Dietz, R. Chiarizia // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry.-1992. - Vol. 161, No. 2. - P. 575-583. 2. Horwitz E.Ph. A novel strontium-selective extraclton chromatographic resin / E.Ph. Honvitz, R. Chiarizia, M.L. Dietz // Solvent Extraction and Ion Exchange.-1992. - Vol. 10, No. 2. - P. 313-336. 3. Yakshin V.V. Metal extraction from nitric acid solutions by the macrocyclic endoreceptor dicyclohexyl-18-crown-6 immobilized in a polymer matrix / V.V. Yakshin, O.M. Vilkova, N.A. Tsarenko, A.Yu. Tsivadze // Doklady Chemistry.-2010. - Vol. 430, No 2. - P. 54-57. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб одержання сорбенту, що полягає в імпрегнуванні краун-ефіру на полімерну матрицю, який відрізняється тим, що як полімерну матрицю використовують неіоногенний сорбент "Поролас-Т", а як краун-ефір - дибензо-18-краун-6. 4 UA 74423 U 5 UA 74423 U 6 UA 74423 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко 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 7