CC BY
27
462
KiMYA PROBLEML9R1 № 4 2017 ISSN 2221-8688
УДК 547.566:661.894
ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ УРАНОВЫХ СОЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ СШИТОГО
ПОЛИМЕРНОГО СОРБЕНТА
А.М. Магеррамов, М.Р. Байрамов, М.А. Агаева, Н.В. Азимова, Г.М. Гасанова,
Ш.З. Гасымова
Бакинский Государственный Университет AZ1143 Баку, ул.З.Халилова, 23; e-mail: [email protected]
В статье приводятся результаты работ по исследованию эпоксидиановой смолы ЭД-20, отвержденной соолигомерами 2-пропенилфенола и малеинового ангидрида, в качестве сорбента для очистки воды от урановых солей.
Изучено влияние рН среды, концентрации уранил-ионов в воде и количества сорбента на степень извлечения (R) и статистическую емкость сорбента (СЕС) и выявлены оптимальные условия процесса комплексообразования.
Ключевые слова: сорбция, урановые соли, очистка воды, активность изотопа 235U, регенерация.
ВВЕДЕНИЕ
Очистка окружающей среды от радиоактивных веществ, тяжелых металлов и др. вредных соединений является важной экологической проблемой [1-5].
Несмотря на предложенные различные способы очистки, такие как электрохимические, осадительные, сорбци-онные и др., в решении многих экологических задач, связанных с концентрированием и извлечением радионуклидов из
водных растворов, имеются определенные трудности. Поэтому проведение дальнейших исследований в этой области является актуальным.
Цель работы - синтез и исследование сорбционных свойств полимерного сорбента, полученного структурированием эпоксидиановой смолы соолигомерами 2-пропенилфенола с малеиновым ангидридом.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Для синтеза указанного сорбента использовали промышленную эпокси-диановую смолу ЭД-20 и двойные соолигомеры 2-пропенилфенола с малеиновым ангидридом. Последние, выполняющие роль сшивающего агента, были получены радикальной блочной соолигомеризацией вышеуказанных
мономеров при температуре 70-800С, в присутствии 1% инициатора - динитрила азоизомасляной кислоты и продолжительности 10 ч. (выход 96-98%).
Процесс отверждения проводили в среде растворителя при температуре 160-1900С и времени 3-5 час. и соотношении эпоксидиановой смолы к отвердителю (90-95):(5-10)% мас.
Далее, с целью отделения сшитой части от растворимой проводили обработку ацетоном в аппарате Сокслета (выход сшитой части 98.6%).
Полученный таким образом сшитый материал использовался в качестве сорбента для извлечения урановых солей из водных растворов. Проводились лабораторные исследования с использованием модельных систем, состоящих из водных растворов уранил-сульфата (с определенной концентрацией) и сшитого полимера.
Исходные растворы готовили растворением точных навесок уранил-сульфата в дистиллированной воде. Условия испытаний: температура 250С,
время сорбции 24 ч., масса сорбента 50 мг, объем раствора 50 мл.
Для поддержания в воде определенных значений рН готовили аммиачно-ацетатные буферные растворы (смешиванием соответствующих растворов 0.1 М СНзСООН с 0.1 М КНз). Использовали также фиксанал НС1.
Концентрацию уранил-ионов в водных растворах (до и после сорбции) определяли с помощью у-спектрометра HPGe с германиевым детектором, производства США). Исходя из полученных данных, вычисляли степень извлечения R и сорбционную емкость сорбента СЕС.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Для структурирования эпоксидных смол и получения сшитых материалов на их основе на практике обычно используются отвердители ангидридного или аминного типов, являющиеся летучими и токсичными веществами. Применение в качестве отвердителя соолигомеров 2-пропенилфенола с малеиновым ангидридом позволяет избежать образования нежелательных летучих веществ в процессе отверждения и синтезировать монолитные полимерные материалы трехмерной структуры, обладающие преимуществом по своим термическим и другим важным
свойствам. По-видимому, процесс структурирования эпоксидиановой смолы протекает с участием не только ангидридных групп, но и частично гидроксильных групп с образованием полифункциональных соединений.
Сорбция уранил-ионов из водных растворов, очевидно, осуществляется путем их комплексообразования с определенными функциональными группами.
В табл. 1 приводятся результаты исследований по изучению влияния рН среды на процесс сорбции.
Табл. 1. Влияние рН водного раствора на значения R и СЕС
рН раствора Активность изотопа U после сорбции, Вк/л Концентрация UO2 -ионов в растворе после сорбции, мг/л R, % СЕС, мг/л
1 116.4 226.9 3.0 7.1
2 106.2 212.8 9.8 23.2
3 92.3 1815 23.1 54.5
4 76.2 149.9 36.5 86.1
5 65.1 126.0 45.8 106.0
6 68.5 134.7 42.9 101.3
7 85.6 168.3 28.7 67.7
8 12.5 24.6 89.6 211.4
9 96.5 169.8 19.6 46.2
10 95.0 186.8 20.8 49.2
11 96.0 192.7 18.3 43.3
12 115.0 226.2 4.2 9.5
13 118.0 232.0 1.7 3.9
Как видно из данных табл.1, рН среды оказывает существенное влияние на процесс извлечения уранил-ионов. В сильнокислых растворах (при рН 1 -з) процесс связывания ионов протекает
весьма слабо (степень извлечения при рН-1 R составляет 3%, при рН-2 9.8% и при рН-3 23.1%). Дальнейшее увеличение значения рН до 5-6 позволяет обеспечить степень извлечения уранил-ионов в среднем до
43%. Максимальная степень извлечения их В табл. 2 приводятся результаты
(89.6%) достигается при рН-8. В сильно- исследований по изучению влияния
щелочных средах (при рН-9-13) R резко концентрации уранил-ионов на значения R
падает. и СЕС.
2+
Табл.2. Влияние концентрации UO2 на значения R и СЕС
Активность изотопа 235U, Вк/л Концентрация и022+-ионов в воде, мг/л ^ % СЕС, мг/л
До сорбции После сорбции До сорбции После сорбции
6.0 0.3 11.8 0.6 95.0 11.2
12.0 1.3 23.6 2.6 89.2 21.0
24.0 5.6 47.2 11.0 76.7 36.2
36.0 14.2 70.8 27.9 60.6 42.9
46.0 16.5 94.4 32.5 65.6 62.0
72.0 32.1 141.6 63.1 55.4 78.5
96.0 55.6 186.8 109.3 42.1 79.5
120.0 67.5 236.0 132.8 43.6 103.3
160.0 116.2 364.0 232.8 34.3 121.5
240.0 168.9 472.0 332.2 29.6 139.8
Как видно из табл. 2, сшитый полимер обладает высокими комплексо-образующими свойствами в разбавленных растворах. Так, при содержании небольших количеств уранил-ионов в растворе (11.8 и 23.6 мг/л) степень их связывания составляет соответственно 95.0 и 89.2%. При увеличении концентрации уранил-ионов до 94.4 мг/л степень сорбции составляет 65.6%.
При использовании концентрированных растворов (с содержанием уранил-ионов 186.8 и 236.0 мг/л) степень их извлечения в среднем составляет 43%. При извлечении уранил-ионов из сильно концентрированных растворов (364 и 472 мг/л) (с помощью 50 мг сорбента) R падает до 30%.
В табл. 3, приводятся результаты исследований по изучению количества сорбента на значения R и СЕС.
Табл. 3. Влияние количества сорбента на значения R и СЕС. (Условия: температура 250С, рН 6, время 24 ч., начальная активность изотопа 235И в растворе 120 Вк/л, объем раствора израсходованного на сорбцию 50 мл)._
Масса сорбента, мг Активность 235 изотопа U после сорбции, Вк/л Концентрация и02 -ионов в воде, мг/л ^ % СЕС, мг/л
До сорбции После сорбции
10 105.2 236.0 206.9 12.3 145.5
20 96.5 *** 189.8 19.6 115.5
40 75.9 *** 149.3 36.8 108.4
60 66.1 *** 130.0 44.9 106.0
90 40.5 *** 79.7 66.3 97.7
100 32.5 *** 63.9 72.9 86.0
125 16.5 *** 32.5 86.3 81.4
150 6.6 *** 13.0 94.5 74.3
175 6.5 *** 12.8 94.6 63.8
ШМУА PROBLEMLЭRÍ № 4 2017
200 3.2 *** 6.3 97.3 57.4
225 2.6 *** 5.1 97.8 51.3
Представленные в табл. 3 результаты показывают, что масса взятого сшитого сополимера играет определенную роль в процессе извлечения уранил-ионов из водных растворов. Так, при использовании от 10-40 мг сополимера степень извлечения уранил-ионов
составляет от 12.3-36.8 %. При увеличении массы сорбента до 100 и 125 мг R составляет 72.9 и 86.3%, при этом СЕС соответственно составляет 97.7 и 86.0 мг/л. Максимальное извлечение уранил-ионов (97.3-97.8%) происходит при
использовании 200-225 мг сополимера.
С целью выявления возможности регенерации отработанного сшитого сополимера и повторного использования были проведены лабораторные
эксперименты с использованием в качестве десорбционного агента соляной кислоты различной концентрации (от 5-10-4 до 2 М ). Для исследования брался образец с
высоким значением СЕС (354 мг/л) в количесстве 100 мг. Условия десорбции: температура 250С, время выдержки 24 ч., количество раствора, использованного на десорбцию 50 мл.
Было установлено, что при использовании 0.2 М НС1 степень десорбции связанных уранил-ионов составляет приблизительно 75%. При использовании 1 М НС1 степень десорбции более 90%, а практически полная десорбция достигается при использовании 2М НС1. Результаты повторного использования регенерированного сорбента показали, что он почти полностью сохраняет свои первоначальные свойства.
Таким образом, исходя из результатов проведенных исследований, можно рекомендовать разработанный сшитый полимерный сорбент для очистки водных систем от урановых соединений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Егорин А.М., Сокольницкая Т.А., Гиутов М.В. Композитные селективные сорбенты для очистки морской воды от радионуклидов цезия и стронция. // Доклады АН (Россия), 2015, Т. 460, № 2, С. 177181.
2. Алексеева О.В., Багровская Н.А. Сорбция ионов меди на полисти-рольных пленках, модифицированных наночастицами угле рода. // Жидкие кристаллы и их практическое применение. 2007, №3, С.14-20.
3. Баранова Н.В., Неудачина Л.К. Сравнительная характеристика хелатообразующих сорбентов, содержащих функциональные группы N-арил-З-аминопропио-
новых кислот. // Материалы 18-го Междунар. съезда по общей и прикладной химии, Москва, 2007, Тезисы докл., т.7, С. 77.
4. ZinYao-Chi, Zhang Xiaowen. Синтез и характеристики ионообменных смол заданной структуры для селективного извлечения уранил-сульфата. // J. Chem. Eng. Chin. Univ., 2006, 20, №4, p. 510-514. РЖХ 2008, 08.04-19 Л.342.
5. Борисова Н.Е., Решетова М.Д., Сафиулина А.М. Новые комплексы урана макроциклическими основаниями Шиффа и их производными. // Доклады АН (Россия), 2008, Т. 418, №6, С. 777781.
REFERENCES
1. Egorin A.M., Sokolnickaja T.A., Giutov M.V Composite selective sorbents for purification of sea water from radio nuclides of cesium and strontium. Doklady Akademii Nauk - Doklady Chemistry. 2015, vol. 460, no. 2, pp. 177-181. (In Russian).
2. Alekseeva O.V., Bagrovskaja N.A. Sorption of copper ions on polystyrene films modified by means of nanoparticles of carbon. Zhidkie kristally i ih prakticheskoe primenenie - Liquid Crystals and Their Application. 2007, no. 3, pp. 14-20. ( In Russian).
3. Baranova N.V., Neudachina L.K. Comparative description of chelate-forming sorbents with functional groups of N-aryl-3-aminopropione acids. Materials of the 18th International Congress on General and Applied Chemistry. Moscow, 2007, vol. 7, p. 77.
4. ZinYao-Chi, Zhang Xiaowen. Synthesis and description of ion-exchange resin with specified structure for selective extraction of uranyl sulphate. J. Chem. Eng. Chin. Univ., 2006, vol. 20, no. 4, pp. 510-514.
2. Borisova N.E., Reshetova M.D., Safiulina A.M. New complexes of uranium whis macrocyclic Schiff bases and their derivatives. Doklady Akademii Nauk - Doklady Chemistry, 2008, vol. 418, no. 6, pp. 777-781. (In Russian).
PURIFICATION OF WATER FROM URANIC SALTS BY CROSS-LINKED POLYMER
SORBENT
A.M. Magerramov, M.R. Bayramov, M.A. Aqayeva, N. V. Azimova, G.M. Hasanova, Sh.Z. Qasymova
Baku State University
Z. Khalilov str., 23; AZ1143 Baku, Azerbaijan; e-mail: nargiz. azimova@rambler. ru
The article presents results of research into epoxide resin ED-20 cured by copolymers of 2-propenylphenol and maleic anhydride as a sorbent for purification of water from uranic salts. Also, the influence of pH medium, concentration of uranyl ions in water and quantity of sorbent on the extraction degree (R) and static capacity of sorbent (SVS) as well as optimal conditions for complex-formation process have been studied.
Keywords: sorption, uranic salts, purification of water, activity of35U izotopes, regeneration.
SUYUN TiKiLiPOLiMER SORBENTLO URANiL DUZLARINDAN TOMiZLONMOSi
A.M. Mzhzrrzmov, M.R. Bayramov, M.A. Agayeva, N. V. Ozimova, Q.M. Hzsznova, §.Z. Qasimova
Baki Dôvldt Universiteti AZ 1143 Baki, Z.Xdlilov kuç., 23; e-mail: [email protected]
Mdqalddd suyun uranil duzlarindan tdmizldnmdsi uçun sorbent kimi istifadd olunan 2-propenilfenol vd malein anhidridi sooliqomerldri ild bdrkimiç ED-20 epoksid qdtraninin tddqiqat içhrinin ndticdldri gôstdrimiçdir. Muhitin pH-nin, suda uranil-ionlarinin qatiliginin vd s. faktorlarinin sorbentin statik hdcmind (SSH) vd ekstraksiya ddrdcdsind (R) tdsiri ôyrdnilmiç vd kompleksdmdldgdlmd prosesinin optimal çdraiti mudyydn edilmiçdir.
Açar sôzlsr: sorbsiya, uran duzlari, suyun tdmizldnmdsi, 235U izotopun aktivliyi, reqenerasiya.
Поступила в редакцию 15.09.2017.
KiMYA PROBLEML9RÎ № 4 2017
