Способ сорбционной очистки водных сред от растворенного урана
Название разработки
Способ сорбционной очистки водных сред от растворенного урана.
Назначение
Выделение урана из водных сред и очистка радиоактивно загрязненных природных, сточных и морских вод.
Описание, характеристики
Изобретение относится к области сорбционных технологий извлечения растворенного урана(VI) из водных растворов и может быть использовано в химической технологии для выделения урана из водных сред, а также в процессах очистки радиоактивно загрязненных природных, сточных и морских вод, содержащих растворенный уран, в том числе, при водоподготовке питьевой воды.
Известно, что для извлечения урана в виде уранил-ионов из водных растворов, где он присутствует в растворенной форме, используют соединения переходных металлов, в частности оксидов и гидроксидов железа, где ионы железа играют ключевую роль в инициировании редокс-превращений растворенного урана(VI) в нерастворенную форму урана(IV), т.е. реализуется окислительно-восстановительный переход Fe2+→Fe3+ .
Разработанный способ выделения из вод растворенного урана включает использование в качестве сорбента макропористых материалов на основе железо-оксидных систем композитного состава, содержащих нано-размерную фазу железа и имеющих макропористую структуру. В качестве сорбента используют материал, получаемый из ксерогеля гидроксида железа, синтезируемого золь-гель (темплатным) синтезом, в присутствии раствора силоксан-акрилатной эмульсии в качестве коллоидного темплата, который после промывки и сушки, прокаливают на воздухе, в течение 1 часа при температурах от 600 до 900ºС. Затем полученный оксид железа прокаливают в токе монооксида углерода, в течение 1 часа при температуре 900ºС при скорости нагрева 10ºС/мин. Кроме того, для получения ксерогеля гидроксида железа готовят раствор коллоидного темплата промышленной силоксан-акрилатной эмульсии в дистиллированной воде при их соотношении 1:10. При этом, на 100 частей раствора коллоидного темплата, при перемешивании, вводят 22 части 0,45 М раствора FeCl3·6H2O, после чего, постепенно приливают 60 частей 1М раствора NaOH, до образования геля гидратированного оксида железа Fe(OH)3↓ при pH 9. Сорбент вводят в очищаемую водную среду в концентрациях 1:100 по массе при содержании уранил-ионов в растворе не менее 10 г/л, при рН от 2,5 до 7-8, при комнатной температуре, в течение от 3-8 до 48 часов, после чего фильтруют и извлекают осадок.
В ходе исследований обнаружено ключевое влияние способа синтеза на формирование микроструктуры синтезируемых сорбентов. Согласно результатам структурного анализа по методу БЭТ установлено, что золь-гель (темплатный) синтез образует более развитую структуру в материале, увеличивает удельную поверхность в 2 и более раза.
Перспективным свойством для неорганических сорбентов является намагниченность насыщения, что определяет их эргономичность за счет более простого извлечения отработанного сорбента из очищаемого раствора. Обнаружено, что образцы сорбентов в структуре гематита характеризуются минимальными значениями намагниченности насыщения (не более 1,8 эме/г), что указывает на его антиферромагнитную природу. Присутствие ферромагнитной фазы в виде маггемита определяет высокую намагниченность образца (23-26 эме/г). Магнитные свойства восстановленных образцов в значительной степени выше по сравнению с предшествующими восстановительному прокаливанию оксидами. Неоднородные по фазовому составу сорбенты характеризуются высокими значениями намагниченности насыщения (достигают 140 эме/г). Низкие значения коэрцитивной силы (не более 200 Э) являются преимуществом для магнитных сорбентов, так как их частицы под действием магнитного поля не склонны к агрегации, что облегчает процесс их распределения и последующего сбора.
Преимущества перед известными аналогами
Повышение эффективности сорбционной очистки водных растворов от урана и упрощение отделения его отработанной формы от очищаемого раствора.
Область(и) применения
Для выделения урана из водных сред, а также в процессах очистки радиоактивно загрязненных природных, сточных и морских вод, содержащих растворенный уран, в том числе, при водоподготовке питьевой воды.
Правовая защита
Патент № 2669853 на изобретение «Способ сорбционной очистки водных сред от растворенного урана», дата регистрации в Государственном реестре 16.10.2018 г.
Стадия готовности к практическому использованию
Стадия НИОКР; методика освоена.
Авторы
Авраменко В.А., Папынов Е.К., Драньков А.Н., Красицкая С.Г.