Способ получения сорбентов радионуклидов и тяжелых металлов

 

Область применения: прикладная экология, в частности, промышленное производство сорбентов для очистки загрязненных сред от радионуклидов и тяжелых металлов.

Сущность изобретения: на основе полисахаридсодержащего сырья (отходы сельского хозяйства или микробиологической промышленности) готовят суспензию, которую обрабатывают паром при избыточном давлении.

Изобретение относится к области прикладной экологии, в частности, к получению сорбентов на основе полисахаридсодержащего сырья для удаления радионуклидов и тяжелых металлов из водных растворов.

Сорбенты, обладающие высокими сорбционными характеристиками, могут применяться для очистки от загрязнений воды и жидких отходов, образующихся в процессе дезактивации очагов радиоактивного поражения, а также в качестве фиксирующей добавки к почве, препятствующей попаданию а-активности в растения.

Известен способ получения биосорбентов радионуклидов, включающий экстрагирование балластных веществ из биомассы продуцента экзогидролаз цитрат-фосфатным буфером с рН 2,5-4,5, отделение твердой фазы фильтрацией, повторное экстрагирование ее нитрат-фосфатным буферов с рН=4,5-6,5 в том же режиме, промывку твердой фазы дистиллированной водой, ее высушивание и измельчение (а. с. СССР N 1738327, М.кл⁵ В О1 J 20/22, 1990). Однако, сорбенты, полученные известным способом, обладают низкой сорбционной способностью по отношению к радионуклидам и тяжелым металлам, в частности, коэффициент распределения для европия (Кd(Еu)) составляет 17-85, а коэффициент распределения для плутония (Кd(Pu)) 41-220. Кроме того, данный способ отличается сложностью и многостадийностью.

Известен также способ получения биосорбентов радионуклидов путем обработки биомассы микроорганизмов продуцентов пектолитических ферментов раствором ортофосфорной кислоты, после чего следует промывка дистиллированной водой, сушка и измельчение. (Патент СССР N 1824758, М.кл⁵ В О1 J 20/22, 1990). Однако сорбенты, полученные по данному способу, обладают относительно низкой сорбционной способностью по отношению к радионуклидам (Кd(Рu)=619-810), а их производство связано с образованием экологически вредных кислотных стоков.

Известен также способ получения биосорбентов радионуклидов путем обработки биомассы микроорганизмов продуцентов целлолитических ферментов спиртовым раствором ортофосфорной кислоты и последующей промывкой твердой фазы (Патент СССР M 1827866, М.кл⁵ В О1 J 20/22, 1990). Однако сорбенты, полученные по данному способу, обладают низкой сорбционной способностью по отношению к тяжелым металлам (Кd(Еu)=812-1230), кроме того, производство сорбентов по данному способу связано с образованием экологически вредных кислотных стоков.

Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ получения биосорбентов (а.с. СССР N 1792738, М.кл⁵ В О1 J 20/22, 1990), согласно которому полисахаридсодержащее сырье биомассу микроорганизмов обрабатывают смесью углеводородного растворителя и спирта при температуре 10-80°С в течение 2-6 ч, отделяют твердую фазу, промывают ее горячей дистиллированной водой, сушат и измельчают.

Однако, сорбенты, полученные по данному способу обладают относительно низкой сорбционной способностью по отношению к радионуклидам (Кd(Рu)=38-720) и тяжелым металлам (Кd.(Еu)=42-960), а кроме того производство сорбентов по данному способу связано с большим расходом органических растворителей, что требует дополнительных затрат на их регенерацию или обезвреживание вредных сбросов в окружающую среду.

Задачей изобретения является разработка простого и экологически чистого способа получения селективного дешевого сорбента радионуклидов и тяжелых металлов с высокими сорбционными характеристиками.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Полисахаридсодержащее сырье (растительные отходы иди биомассу микроорганизмов) в случае необходимости (если размер частиц сырья превышает 3 мм) измельчают и смешивают с водой до образования суспензии с гидромодулем 10-20 (концентрация 5-10%) и рН=3,5-11,0. Полученную суспензию подвергают обработке паром при избыточном давлении в течение 1,0-4,0 ч. Затем путем фильтрации отделяют твердую массу, промывают ее и сушат.

Обработка паром при указанных условиях позволяет исключить из технологического процесса органические растворители и, кроме того, обеспечивает стерильность сорбента, что особенно важно при промышленной очистке питьевой воды и применении сорбентов в медицинских целях.

Изобретение иллюстрируют следующие примеры.

Пример 1.

30 г биомассы Aspergillus foеtidus М-45 (ВКМ F-81) заливают 300 мл дистиллированной воды. Суспензию с рН=3,5 обрабатывают паром при избыточном давлении 1,5 кгс/см² в течение 2,5 ч. Затем твердую фазу отделяют от жидкой фильтрацией, промывают и сушат. Полученный сорбент характеризуется следующими показателями сорбции: Kd(Рu)=3730, Кd(Еu)=3640.

Пример 2.

22 г биомассы Asреrgillus foеtidus М-45 (ВКМ F-81)заливают 300 мл фосфатного буфера с рН=5,5 (0,1 М). Суспензию обрабатывают паром при избыточном давлении 0,5 кгс/см² в течение 4 ч. Затем твердую фазу отделяют от жидкой фильтрацией, промывают и сушат. Полученный сорбент характеризуется следующими показателями сорбции: Кd(Рu)=3695, Кd(Еu)=3712.

Пример 3.

15 г биомассы Asреrgillus foetidus М-45 (ВКМ F-81)заливают 300 мл фосфатного буфера с рН=6,0 (0,1 М). Суспензию обрабатывают паром при избыточном давлении 2,5 кгс/см² в течение 1 ч. Затем твердую фазу отделяют от жидкой фильтрацией, промывают и сушат. Полученный сорбент характеризуется следующими показателями сорбции: Кd(Рu)=3828, Кd(Еu)=3571.

Пример 4.

Согласно примеру 2, но обработку паром ведут при 1,5 кгс/см² в течение 1 ч. Полученный сорбент характеризуется следующими показателями сорбции: Кd(Рu)=3578, Кd(Еu)=3345.

Пример 5.

Согласно примеру 1 но в качестве полисахаридсодержащего сырья используют измельченные солодовые ростки (суспензия с рН=4,5). Полученный сорбент характеризуется следующими показателями сорбции: Кd(Рu)=2115, Кd(Еu)=2057.

Пример 6.

Согласно примеру 2, но в качестве полисахаридсодержащего сырья используют измельченные пшеничные отруби. Полученный сорбент характеризуется следующими показателями сорбции: Кd(Рu)=2232, Кd(Еu)=2214.

Пример 7.

Согласно примеру 2, но в качестве полисахаридсодержащего сырья используют биомассу Trichоdеrmа viride 13/10 (ВКМ F-120). Полученный сорбент характеризуется следующими показателями сорбции: Кd(Рu)=3787, Кd(Еu)=3682.

Пример 8.

Согласно примеру 1, но в качестве полисахаридсодержащего сырья используют измельченный свекловичный жом (рН=5,2). Полученный сорбент характеризуется следующими показателями сорбции: Kd(Pu)=2417, Kd(Eu)=2050.

Пример 9.

15 г биомассы Aspergillus foetidus М-45 (ВКМ F-81) заливают 300 мл раствора тринатрийфосфата (pH=11,0). Суспензию обрабатывают паром при избыточном давлении 1,0 кгс/см² в течение 1 ч. Затем твердую фазу отделяют фильтрацией, промывают и сушат. Полученный сорбент характеризуется следующими показателями сорбции: Kd(Pu)=3555, Kd(Eu)=3840.

Формула изобретения

Способ получения сорбентов радионуклидов и тяжелых металлов, включающий обработку полисахаридсодержащего сырья, промывку и сушку, отличающийся тем, что полисахаридсодержащее сырье в случае необходимости измельчают, на его основе готовят суспензию с гидромодулем 10 20 и рН 3,5 11,0 и осуществляют обработку суспензии паром при избыточном давлении в течение 0,5 4,0 ч.