Способ получения сорбента ионов металлов (варианты) и способ выделения металлического элемента из его раствора

 

Описывается адсорбент металлического элемента в виде гидрогеля, полученный путем обработки конденсированного танина основанием в присутствии или отсутствии альдегида с тем, чтобы избежать осаждения сшитого танина и получить гидрогель. Адсорбент изобретения проявляет высокие адсорбционные свойства в отношении металлических элементов и обладает низким сопротивлением потоку при использовании в набивной колонке. 8 c.и 9 з.п.ф-лы,табл.2,7 ил.

Изобретение относится к способу получения адсорбента металлического элемента, который способен адсорбировать актиниды, например уран, торий, трансурановые элементы и т. п. такие тяжелые металлы, как кадмий, свинец, хром, ртуть, железо и т.п. или такие металлические элементы, как кобальт, цезий, стронций и т.п.

Кроме этого, изобретение относится к способу адсорбции и выделения металлического элемента из раствора, содержащего такой металлический элемент при использовании указанного адсорбента.

Такие элементы ядерного топлива, как уран, торий и т.п. содержатся в отработанном жидком эффлюенте с оборудования по переработке ядерного топлива. В литературе описан способ получения адсорбента для таких элементов ядерного топлива, который изготавливается из каки-шибу (kaki-shibu), т.е. из сока хурмы [1] Такой адсорбент представляет собой гидрогельный состав, который получают по реакции каки-шибу с таким альдегидом или кислотой, как серная кислота, фосфорная кислота и т.п. в результате чего происходит застудневание танина хурмы.

Авторы изобретения ранее подали заявку на патент, относящуюся к способу получения адсорбента нерастворимого танина, который заключается в растворении порошкообразного танина в водном растворе альдегида, добавлении в полученный в результате раствор аммиака с образованием осадка и старении осадка с получением нерастворимого танина (не прошедшая экспертизу опубликованная заявка на Японский патент N 3-206094).

В первом способе получения гидрогелевой композиции выбор сырья ограничен каки-шибу, поскольку танины, экстрагированные из природных продуктов, отличных от каки-шибу, не реагируют с альдегидом или кислотой, в результате чего не происходит образования геля.

Последний способ получения адсорбента на основе нерастворимого танина проблематичен, поскольку нерастворимый танин получают из порошкообразного танина, который представляет собой агрегат мелких частиц. При загрузке танина в колонку установки по переработке отходов производства и пропускании жидкого отхода через такую колонку, нерастворимый танин переходит в форму, представляющую собой мелкие частицы, в результате чего повышается потокоустойчивость. Так, например, отработанную жидкость пропускают через колонку с адсорбентом, состоящим из нерастворимого танина с объемной скоростью, по крайней мере, 17 ч^-1. Такая скорость означает, что недостаточно просто повысить производительность или перерабатывающую способность отработанной жидкости.

Цель изобретения заключается в разработке нового адсорбента металлического элемента, обладающего высокой адсорбционной емкостью и низкой потокостойкостью при использовании в набивной колонке. Другая цель изобретения заключается в разработке способа получения адсорбента изобретения путем формирования гелевой композиции с использованием разнообразных конденсированных танинов, которые в изобилии существуют в природе.

Другая цель изобретения заключается в создании способа адсорбции и выделения металлического элемента, с помощью которого металлический элемент может эффективно регенерироваться в результате элюирования металлического элемента с адсорбента.

Мы разработали новый адсорбент в виде гидрогеля, который образуется в результате обработки конденсированного танина, причем такой адсорбент обладает высокими адсорбционными свойствами в отношении металлических элементов и низкой потокостойкостью при применении в набивной колонке. Гелевая композиция изобретения обладает преимуществами, состоящими в том, что она может быть получена из большого числа разнообразных танинов, встречающихся в природе.

Такие способы и методики включают следующее.

Первый способ включает стадии растворения порошка конденсированного танина в водном растворе аммиака, смешивания, полученного в результате раствора с водным раствором альдегида с образованием гелевой композиции и старения при комнатной температуре или нагревания полученной композиции с целью стабилизации соединения.

Второй способ включает стадии смешивания водного раствора аммиака с водным раствором альдегида, растворения порошка конденсированного танина в перемешиваемой жидкости и нагревания полученного в результате раствора с получением стабилизированной гелевой композиции.

Третий способ включает стадии растворения порошка конденсированного танина в водном растворе аммиака, имеющем рН порядка 8 или выше, смешивания, полученного в результате раствора с гексаметилентетрамином и нагревания смешанной жидкости с получением стабилизированной гелевой композиции.

Четвертый способ включает стадии смешивания порошка конденсированного танина с водным раствором гексаметилентетрамина, добавления водного раствора аммиака к смешанной жидкости с тем, чтобы полученная в результате жидкость имела рН 8 или более с целью растворения порошка танина и нагревания полученного в результате раствора с образованием стабилизированной гелевой композиции.

Пятый способ включает стадии растворения порошка конденсированного танина в водном растворе гидроксида щелочного металла, имеющем рН в интервале 7-10, смешивания полученного в результате раствора с водным раствором альдегида и нагревания смешанной жидкости с образованием стабилизированной гелевой композиции.

Шестой способ включает стадии растворения порошка конденсированного танина в водном растворе гидроксида щелочного металла, имеющем рН в интервале 7-10, смешивания полученного в результате раствора с гексаметилентетрамином, и нагревании смешанной жидкости с образованием стабилизированной композиции.

Седьмой способ включает стадии растворения порошка конденсированного танина в водном растворе гексаметилентетрамина, добавления водного раствора гидроксида щелочного металла к смешанной жидкости так, чтобы последняя имела рН в интервале 7-10 с целью растворения порошка танина и нагревания полученного в результате раствора с образованием стабилизированной гелевой композиции.

Используемый в тексте термин "стабилизация" означает, что гелевая композиция нерастворима в воде, кислоте или в щелочи, а термин "стабилизированная гелевая композиция" означает, что такая композиция нерастворима в воде, кислоте или в щелочи.

В соответствии с изобретением металлический элемент адсорбируется и отделяется от раствора в результате контактирования адсорбента изобретения с раствором, содержащим металлический элемент в течение времени,достаточного для перевода указанного металла в раствор с целью адсорбции на адсорбенте. Такой адсорбент может быть предварительно измельчен с целью увеличения площади поверхности. После стадии контактирования металл может быть регенерирован в результате контактирования адсорбента, содержащего металл с элюентом, например с разбавленной минеральной кислотой.

На фиг. 1 представлен график, демонстрирующий результаты адсорбционного испытания 1 на фиг.2 график, демонстрирующий результаты адсорбционного испытания 2; на фиг.3 разрез колонки, используемый для адсорбционного испытания 3 на фиг.4 график, демонстрирующий адсорбционное состояние урана в адсорбционном испытании 4; на фиг.5 -график, демонстрирующий состояние элюента урана в адсорбционном испытании 4; на фиг.6 график, демонстрирующий результат адсорбционных испытаний 7-9, 11, 13 и 14; на фиг.7 график, демонстрирующий результат адсорбционного испытания 16.

Более конкретно металлические элементы, которые могут адсорбироваться адсорбентом изобретения, включают уран, торий, трансурановые элементы и т.п. такие тяжелые металлы, как кадмий, свинец, хром, ртуть, железо и т.п. или такие металлы, как кобальт, цезий, стронций и т.п.

Наиболее подходящим порошком титана для использования в изобретении является конденсированный танин. Под термином конденсированный танин подразумевается танин, который реагирует с кислотой с образованием антоцианидинового красителя. Такой конденсированный танин получают из квербрачо (quebracho), акации, мангового дерева, ели, ункарии гамбиер, акакатехина, дубовой коры и т. п. в результате использования традиционных методов, например, экстракции. Термин "конденсированный танин" не включает каки-шибу.

В первом, втором и пятом способах альдегид предпочтительно представляет водный раствор формальдегида, ацетальдегида или глутарового альдегида. Предпочтительным агентом для такой операции является водный раствор формальдегида, поскольку он обеспечивает скорейшее образование гелевой композиции и улучшает механическую прочность гелевой композиции.

Гидроксиды щелочных металлов, подходящие для использования в пятом, шестом и седьмом способах, включают гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид лития и т.п.

Согласно первому способу изобретения, предпочтительные соотношения смешивания компонентов следующие, мас. порошок конденсированного танина 3-35, аммиак 33-35, альдегид 30-62 (в пересчете на общее количество трех компонентов). Типичный пример такой композиции,мас. порошкообразный танин 24,аммиак 33 и альдегид 43.

Особенно важным является количество порошка конденсированного танина. В случае его использования с концентрацией менее 3 мас. затрудняется операция застудневания. При конденсациях выше 35 мас. имеется тенденция к образованию порошковой композиции.

Полученная в результате гелевая композиция, как таковая, не растворяется в воде. Однако, поскольку гелевая композиция растворяется в кислоте или щелочи, она предпочтительно стабилизируется с помощью одного из нижеследующих методов. Один из таких методов заключается в старении такой гелевой композиции в течение 3-4 дней или более при комнатной температуре 20-25^oС. Другой способ включает нагревание гелевой композиции с целью ее стабилизации. При повышении температуры нагревания уменьшается время нагревания. Так,например, в случае нагревания гелевой композиции при 70^oС время стабилизации составляет, по крайней мере, 30 мин. В случае нагревания композиции при 80^oС для стабилизации требуется лишь 15 мин.

В соответствии со вторым способом изобретения смешивают водный раствор аммиака и водный раствор альдегида и после этого порошок конденсированного танина растворяют в смеси, полученной выше. В этом случае можно использовать то же соотношение смешивания, что было указано в первом способе. После перемешивания в течение 5-10 мин таниновый порошок растворяется полностью. Затем полученный в результате раствор нагревают так же, как в первом способе,с целью стабилизации гелевой композиции. Так отвердевание и стабилизация реализуются при нагревании в течение того же времени.

Согласно третьему способу изобретения порошок конденсированного танина вначале растворяют в водном растворе аммиака, имеющем рН порядка 8 или выше. Если рН раствора 8 или менее, порошок танина с трудом растворяется в водном растворе аммиака.

Отношение концентраций компонента смеси порошка конденсированного танина зависит от величины рН водного раствора аммиака. Так, например, желательно смешивать 1-15 мас. порошка конденсированного танина с водным раствором аммиака при рН 8. Если порошок танина используют в количестве менее 1 мас. он трудно остудневает. При увеличении значения рН водного раствора аммиака появляется возможность увеличить количество танинового порошка до 15 мас. или более.

Гексаметилентетрамин смешивают с водным раствором аммиака, в котором растворяется порошок танина в количестве, по крайней мере, 0,5 мас. Полученный в результате раствор нагревают тем же способом, что и во втором методе с целью получения стабилизированной гелевой композиции.

Согласно четвертому способу изобретения, порошок конденсированного танина смешивают с водным раствором гексаметилентетрамина, содержащим, по крайней мере, 0,5 мас. гексаметилентетрамина. Соотношение концентраций порошка танина и раствора гексаметилентетрамина в этом случае то же, что и в третьем способе.

К этому моменту порошок танина еще не растворяется в растворе гексаметилентетрамина.

Однако при добавлении в такую смесь водного аммиака с целью установления рН смеси, равным 8 или выше, происходит полное растворение порошка танина. Наконец полученный в результате раствор нагревают так же, как во втором и третьем способах с получением стабилизированной гелевой композиции.

Согласно пятому способу изобретения порошок конденсированного танина растворяют в водном растворе гидроксида щелочного металла, имеющем рН в интервале 7-10. Если рН ниже 7, то порошок танина труднорастворим. Если же рН выше 10, то полученная в результате гелевая композиция нестабильна и легко растворима в воде.

Предпочтительно, чтобы смесь содержала 1-40 мас. порошка танина в водном растворе гидроксида щелочного металла. Если количество порошка танина ниже 1 мас то застудневание затруднено. Если количество порошка танина выше 40 мас. то вязкость смешанной жидкости увеличивается, что затрудняет работу с такими смесями. Полученный в результате раствор смешивают с водным раствором альдегида тем же методом, что описан для первого способа. Так например, в случае использования в качестве водного раствора альдегида 37%-ного водного раствора формальдегида, 1,39 мл водного раствора формальдегида добавляли к 50 мл водного раствора с растворением порошка танина. Наконец смешанную жидкость нагревали тем же методом, что во втором, третьем и четвертом способах с получением стабилизированной гелевой композиции.

В соответствии с шестым способом изобретения осуществляли практически те же стадии, что и в третьем способе за исключением того, что вместо водного раствора аммиака использовали водный раствор гидроксида щелочного металла, имеющий рН в интервале 7-10, с получением стабилизированной гелевой композиции. Порошок танина использовали в том же количестве, что и в пятом способе. Гексаметилентетрамин (0,5 мас. ) смешивали с водным раствоpом гидроксида щелочного металла, в котором растворялся порошок танина.

Согласно седьмому способу изобретения осуществляли практически те же стадии, что и в четвертом способе, за исключением того, что вместо водного раствора аммиака использовали водный раствор гидроксида щелочного металла, имеющий рН 7-10, в результате чего получали стабилизированную гелевую композицию. Количество порошка танина было таким же, что и в пятом способе.

В результате использования любого из указанных выше семи способов изобретения получают гелевую композицию, представляющую собой адсорбент металлического элемента, который нерастворим в воде, кислоте или щелочи. Адсорбент металлического элемента изобретения, полученный такими способами, может быть измельчен до частиц желаемого размера с помощью таких механических средств, как смеситель с целью увеличения площади поверхности контакта.

Адсорбент изобретения может использоваться для адсорбции металлов с применением традиционной колонки или периодических методов. Как правило, адсорбент изобретения может загружаться в колонку с целью последующей адсорбции металлического элемента. Далее с целью элюирования металла с адсорбента через колонку может быть пропущена разбавленная минеральная кислота. Адсорбент с адсорбированным металлическим элементом может быть также введен в разбавленную минеральную кислоту и подвергнут перемешиванию, в результате чего происходит элюирование металлического элемента с адсорбента. В качестве минеральной кислоты могут использоваться азотная кислота, соляная кислота, серная кислота и т.п.

В отличие от каки-шибу, конденсированный танин, используемый в качестве сырья для адсорбента изобретения, может быть получен из большого числа природных продуктов. В результате этого обеспечивается эффективное использование источников. Кроме этого, поскольку танин дешев и может быть легко получен, и может быть превращен в адсорбент металлического элемента всего лишь в несколько препаративных стадий, это вещество вполне подходит для массового производства и таким образом обладает экономическими преимуществами.

Адсорбент изобретения обладает отличной адсорбционной способностью. Кроме этого, адсорбент изобретения обладает улучшенной "проницаемостью" или "потокостойкостью" при загрузке в колонку по сравнению с традиционным нерастворимым танином, состоящим из агрегатов мелких частиц.

Адсорбент изобретения обладает особенно высокой адсорбционной способностью в отношении ряда металлов, включающих уран и торий, которые образуются в ходе процесса получения ядерного топлива; к таким металлам относятся уран, присутствующий в морской воде, такие трансурановые элементы, образующиеся в процессе переработки топлива, как кюрий, америций, нептуний и плутоний, такие тяжелые металлы, как кадмий, свинец, шестивалентный хром, ртуть, железо, кобальт, цезий и стронций. В результате этого адсорбент изобретения имеет широкий спектр использования.

Кроме этого, адсорбент изобретения с адсорбированным на нем металлическим элементом не генерирует ядовитых газов в ходе прокаливания и объем адсорбента может быть существенно уменьшен в результате прокаливания, в результате чего уменьшается выход твердых отходов. В зависимости от типа металлического элемента, адсорбированного на адсорбенте изобретения, может быть получен твердый отход, содержащий чистый оксид металла, из которого может быть регенерирован металл.

Кроме этого, поскольку адсорбент изобретения представляет собой гелевую композицию с высокой механической прочностью, он обладает устойчивостью к разрушению даже в случае контактирования с разбавленной минеральной кислотой. В результате металлический элемент, адсорбированный на адсорбенте, может быть легко элюирован с гелевой композиции с целью выделения и очистки металла.

Пример 1. 8 г порошка танина акации, соответствующего конденсированному таниновому порошку, растворяли в 50 мл 13,3 N водного аммиака. К полученному раствору добавили 57 мл водного раствора, содержащего 37 мас. формальдегида и смесь перемешивали до однородного состояния. После прекращения перемешивания образовывалась гелевая композиция. Полученную гелевую композицию разделяли на две равные части. Одну из частей выстаивали в течение четырех дней при комнатной температуре с целью ее старения. Вторую часть нагревали в течение часа при 70^oС. В результате получали два типа адсорбента металлических элементов, каждый из которых содержал стабилизированную гелевую композицию. Второй адсорбент металлического элемента использовали в адсорбционных испытаниях 1-14, которые описаны ниже.

Пример 2. 50 мл 13,3 N водного раствора аммиака смешивали с 57 мл водного раствора, содержащего 37 мас. формальдегида. Добавляли 8 г порошка танина акации, который растворялся в полученной в результате жидкости. Полученный таким образом раствор нагревали в течение часа при 70^oС. В результате этого одновременно происходили остудневание и стабилизация с получением адсорбента металлического элемента в виде стабилизированной гелевой композиции.

Пример 3. 8 г порошка танина акации добавляли к 107 мл водного раствора аммиака с рН 8,5 с целью растворения танина. Поскольку рН полученного в результате раствора постепенно понижается пропорционально количеству добавленного порошка танина, добавляли водный раствор аммиака с целью поддержания рН раствора на значении 8 или выше. К полученному в результате раствору добавляли 1,5 г гексаметилентетрамина. Этот раствор нагревали в течение трех часов при 70^oС. В результате такой операции желатинирование и стабилизация происходили одновременно, в результате чего получали адсорбент металлического элемента в виде стабилизированной гелевой композиции.

Пример 4. Порошок гексаметилентетрамина (1,5 г) растворяли в 107 мл чистой воды. Добавляли 8 г танина акации и получали смешанный водный раствор. В этот момент не наблюдалось растворение танина. К полученной в результате смеси добавляли водный раствор аммиака так, чтобы смешанная жидкость имела рН 8 или выше, в результате чего происходит растворение танина. Затем смесь нагревали в течение 3 ч при 70^oС. В результате такой операции одновременно происходила стабилизация и желатинирование, в результате чего получали адсорбент металлического элемента в виде стабилизированной гелевой композиции.

Пример 5. 8 г порошка танина акации добавляли в 50 мл водного раствора NaOH с рН 8,7, где происходило растворение. Поскольку рН полученного в результате раствора постепенно понижается пропорционально количеству добавленного порошка танина, водный раствор NaOH соответствующим образом добавляли к полученному в результате раствору с тем, чтобы рН раствора поддерживать на значении 8. К полученному раствору добавляли 2,77 мл водного раствора, содержащего 37 мас. формальдегида. Затем полученный раствор нагревали в течение часа при 70^oС. В результате одновременно происходила стабилизация и желатинирование с получением адсорбента металлического элемента в виде стабилизированной гелевой композиции.

Пример 6. Растворяли 8 г порошка танина акации в 50 мл водного раствора NaOH, с рН 8,5. Поскольку рН полученного в результате раствора постепенно повышается пропорционально количеству добавленного порошка танина, к полученному в результате раствору снова добавляли водный раствор NaOH с целью поддержания рН раствора на значении 8. К полученному в результате раствору добавляли 1,0 г порошка гексаметилентетрамина. Затем полученную смесь нагревали в течение часа при 70^oС. В результате такой операции желатинирование и стабилизация протекали одновременно, в результате чего получали адсорбент металлического элемента в виде стабилизированной гелевой композиции.

Пример 7. В 50 мл чистой воды растворяли 1,0 г порошка гексаметилентетрамина. К полученному в результате водному раствору добавляли 8 г порошка танина акации. Затем полученную смесь однородно перемешивали. К этому моменту танин не растворялся. К полученной в результате смеси добавляли водный раствор NaOH с целью установления рН смешанной жидкости на значении 7, в результате чего происходило растворение танина. Затем смесь нагревали в течение часа при 70^oС. В результате такой операции одновременно происходила желатинизация и стабилизация, в результате чего получали адсорбент металлического элемента в виде стабилизированной гелевой композиции.

Сравнительный пример 1. 8 г порошка танина акации растворяли в водном растворе, содержащем 37 мас. формальдегида. К полученному в результате раствору добавляли 14 мл или более 13,7 N водного раствора аммиака с целью осаждения полученного в результате соединения танина. Затем смесь фильтровали. Выделенный осадок выстаивали в течение 4 дней при комнатной температуре с целью старения, в результате чего получали адсорбент металлического элемента, состоящий из нерастворимого танина с размером частиц в интервале 1,0-2,4 мм.

Адсорбционное испытание 1. Адсорбенты металлического элемента, полученные в примерах 1-4, измельчали до размера частиц 1,0-2,4 мм с помощью миксера так, что размеру частиц соответствовал размер частиц адсорбента из сравнительного примера 1. Следующие испытания на адсорбцию урана проводили с использованием адсорбентов металлических элементов, полученных в примерах 1-7 и в сравнительном примере 1.

Пять порций растворов по 250 мл каждая с концентрацией урана 200 ч/млд (ррв) и с рН 4 по отдельности загружали в каждый из пяти сосудов. В каждый из таких растворов загружали по 25 мг (сухой вес) образцов каждого из адсорбентов металлических элементов, полученных в примерах 1-4 и в сравнительном примере 1 соответственно. Такие растворы перемешивали в течение двух часов с целью адсорбции урана каждым из адсорбентов так, чтобы можно было измерить соответствующие скорости адсорбции урана.

Кроме этого, проводили дополнительные испытания по адсорбции урана в соответствии с описанным выше за тем исключением, что рН растворов, содержащих уран, были разными. В опытах с использованием адсорбентов, полученных в примерах 1-4, рН растворов устанавливали равным 6,8 и 10 соответственно. В опытах, где применяли адсорбенты, полученные в сравнительном примере 1, рН раствора устанавливали равными 7 и 9,5 соответственно.

Полученные результаты представлены на фиг.1, где альфа -скорость адсорбции, которую рассчитывали по формуле: α = [(C_o-C_t)/C_o]×100(%), где C_o представляет собой концентрацию урана в исходной жидкости перед добавлением адсорбента, а C_t концентрация урана в растворе после его адсорбции в результате добавления в смесь адсорбента.

Как ясно показано на фиг.1, все адсорбенты на основе гелевой композиции, полученной в примерах 1-4, демонстрируют высокую скорость адсорбции урана в широком интервале рН, равном 4-10. То же самое относится к адсорбенту сравнительного примера 1. Результаты указанных примеров не отличаются друг от друга по адсорбционной способности вне зависимости от способа получения или формы адсорбента.

Адсорбционное испытание 2. Адсорбенты металлических элементов, полученные в примерах 5-7, измельчали до образования частиц с размером 1,0-2,4 мм с помощью миксера. Далее проводили следующие испытания по адсорбции урана с использованием таких адсорбентов металлических элементов.

Три порции растворов объемом 250 мл каждый (1-3) с концентрацией урана 245 ч/млд и рН порядка 4 по отдельности загружали в каждый из трех сосудов соответственно. В каждый из растворов (1-3) загружали 25 мг образцов (в расчете на сухой вес) адсорбентов металлических элементов, полученных в примерах 5-7. Полученные растворы перемешивали в течение двух часов с целью адсорбции урана каждым из адсорбентов с целью измерения соответствующих скоростей адсорбции урана. Полученные результаты представлены на фиг.2.

Как следует из фиг.2, все адсорбенты на основе гелевых композиций, полученных в примерах 5-7, обладают высокой скоростью адсорбции урана в широком интервале значений рН.

Адсорбционное испытание 3. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали до размера частиц в интервале 1,0-2,4 мм и после этого загружали в колонку 10, показанную на фиг.3. Такая колонка имела внутренний диаметр 10 мм во входной части 10а, внутренний диаметр 10 мм в средней части 10b и внутренний диаметр 4 мм в выходной части 10с. Длина участка от верхнего конца входа до нижнего конца средней части составляет 260 мм. Между средней частью 10b и выходной частью 10с помещают стеклянную вату 10d. Адсорбент загружают в колонку на высоту 180 мм от стеклянной ваты 10d. Адсорбент, полученный в сравнительном примере 1, загружают в колонку той же конструкции, что описана выше.

С целью сравнения потокостойкости колонки с адсорбентом из примера 1 с потокостойкостью колонки с адсорбентом из сравнительного примера 1 в каждую из таких колонок заливали по 500 мл чистой воды. Измеряли время прохождения 500 мл воды через эти колонки. Такие испытания на текучестойкость повторяли пять раз, каждый раз используя свежий образец адсорбента.

Полученные результаты представлены в табл.1, из которой следует, что среднее время прохода чистой воды через колонку, набитую адсорбентом из сравнительного примера 1, составляет 4,88 ч, тогда как среднее время прохода чистой воды через колонку, набитую адсорбентом изобретения согласно примеру 1, составляет 0,85 ч. Полученный результат указывает на тот факт, что адсорбент примера 1 в 5,7 раз более проницаем, чем адсорбент из сравнительного примера.

Адсорбционное испытание 4. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали до размера частиц в интервале 1,0-2,4 мм и загружали в колонку с внутренним диаметром 4 мм в средней части. Адсорбент загружали в колонку на высоту 80 мм от дна средней части. Раствор с рН 4, имеющий концентрацию урана 680 ч/млд, пропускали через колонку с объемной скоростью (SV) 52,5 ч^-1. Через одинаковые интервалы времени измеряли концентрацию урана в растворе, прошедшем через колонку. Полученные результаты представлены на фиг. 4. Как можно видеть из фиг.4, концентрация урана в растворе, прошедшем через колонку, составляет 1/10 или менее от концентрации в исходной жидкости вплоть до пропускания 2300 мл раствора через колонку. Таким образом, адсорбент обрабатывали 2300-кратным объемом раствора, содержащего уран, поскольку объем адсорбента, загруженного в колонку, составляет 1 мл (0,2² x (0,2²×π×0,8) x 0,8). Этот результат показывает, что адсорбент изобретения обладает адсорбционной способностью в отношении урана.

Далее 315 мл 0,1N азотной кислоты пропускали через колонку с уран-содержащим адсорбентом 30-40 мл порциями так, что объемная скорость составляла 150 мл/ч [линейная скорость (LV) 1190 см/ч, SV 149 ч^-1] Полученные результаты представлены в табл.2 и на фиг.5. Как следует из представленных результатов, около 99% урана элюируется с колонки первой порцией разбавленной азотной кислоты (30 мл). Далее концентрация урана в элюирующем растворе постепенно понижается по мере прохождения разбавленной азотной кислоты через колонку и окончательно элюируется около 100% урана. Этот факт означает, что уран может быть легко элюирован с адсорбента, полученного в примере 1.

Адсорбционное испытание 5. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали тем же способом, что в адсорбционном испытании 3,и затем загружали в ту же колонку, что описана в адсорбционном испытании 3. Через колонку пропускали раствор с концентрацией тория 8,5·10^-1 Bg/см³(Bg= S^-1). После пропускания 2300 мл раствора измеряли концентрацию тория в растворе эффлюента. Было установлено, что концентрация тория составляет 5,·10^-2 Bg/см³ или менее. Это означает, что 94% или более тория адсорбируется на адсорбенте примера 1.

Адсорбционное испытание 6. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали тем же способом, что описан в адсорбционном испытании 3. Собирали 4 мг (в растворе на сухой вес) такого адсорбента и добавляли его к 100 мл естественной морской воды с концентрацией урана 5,35 ч/млд и с рН 7,7. Полученную в результате жидкость перемешивали в течение 24 ч с тем, чтобы обеспечить адсорбцию урана адсорбентом. Перемешанную жидкость фильтровали через фильтровальную бумагу (Тойо Фильтр N 6) и измеряли концентрацию урана в фильтрате. Было установлено, что концентрация урана составляла 1,00 ч/млд. Этот результат указывает на то, что на адсорбенте адсорбируется 81% урана. Установлено, что адсорбированное количество в расчете на 1г адсорбента составляет 1088 мкг за период времени в 24 ч.

Адсорбционное испытание 7.

Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали тем же способом,что описан в адсорбционном испытании 3. Измельченный таким образом адсорбент в количестве 100 мг (в расчете на сухой вес) собирали и добавляли в четыре раствора объемом 200 мл каждый, содержащий кюрий (²⁴⁴см) с концентрацией 2,9·10^-1 Bg/см³. Такие растворы имели четыре уровня значений рН в интервале 4-10. Каждый из растворов перемешивали в течение двух часов с целью адсорбции кюрия. Конечное значение кюрия измеряли с целью определения скорости его адсорбции. Полученные результаты представлены на фиг.6. Как следует из результатов, представленных на этой фигуре, адсорбент обеспечивает высокие скорости адсорбции в растворах кислоты.

Адсорбционное испытание 8. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали тем же способом, что описан в адсорбционном испытании 3. Измельченный таким образом адсорбент в количестве 100 мг (в расчете на сухой вес) собирали и добавляли в шесть образцов растворов, содержащих америций (²⁴¹Ам) с концентрацией 1,6·10^-1 Bg/см³. Такие растворы имели шесть различных уровней рН в интервале 3-10. Каждый из растворов перемешивали в течение двух часов с целью адсорбции америция. Затем измеряли соответствующие скорости адсорбции америция. Полученные результаты представлены на фиг. 6. Как следует из представленных результатов, адсорбент обеспечивает высокие скорости адсорбции с увеличением кислотности среды.

Адсорбционное испытание 9. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали тем же методом, что описан в адсорбционном испытании 3. Измельченный таким образом адсорбент в количестве 100 мг (в расчете на сухой вес) добавляли в четыре типа растворов (объем 200 мл), содержащих нептуний (²³⁷IIp) с концентрацией 5,5·10^-1 Bg/см³. Такие растворы имели четыре различных уровня значений рН в интервале 4-10. Каждый из таких растворов перемешивали в течение двух часов с целью адсорбции нептуния. Затем измеряли соответствующие скорости адсорбции нептуния. Полученные результаты представлены на фиг.6. Как видно из этих результатов,адсорбент обеспечивает высокие скорости адсорбции при рН раствора 6 или выше.

Адсорбционное испытание 10. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали тем же способом, что описан в адсорбционном испытании 3. Измельченный таким образом адсорбент в количестве 25 мг (сухой вес) добавляли к 50 мл раствора с концентрацией плутония 1,1·10^-5 Bg/см³ и рН 6. Полученный раствор перемешивали в течение двух часов с целью адсорбции плутония. Перемешанную жидкость отфильтровывали и измеряли концентрацию плутония в фильтрате. Установлено, что концентрация плутония составляет 1,0·10^-6 Bg/см³. Этот результат указывает на то, что на адсорбенте адсорбируется около 90% плутония.

Адсорбционное испытание 11. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали тем же способом, что описан в адсорбционном испытании 3. Измельченный таким образом адсорбент в количестве 500 мг (сухой вес) собирали и добавляли в четыре типа растворов объемом 250 мл каждый, содержащих кадмий, причем концентрация кадмия составляли 100 ч/млн. Эти растворы имели четыре различных уровня рН в интервале 4-10. Каждый из растворов перемешивали в течение трех часов с целью адсорбции кадмия. В растворах измеряли содержание кадмия с целью определения соответствующих скоростей адсорбции кадмия такими растворами. Полученные результаты представлены на фиг. 6. Как видно из представленных данных, адсорбент демонстрирует высокие скорости адсорбции при увеличении щелочности.

Адсорбционное испытание 12. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали тем же способом, что описан в адсорбционном испытании 3. Измельченный таким образом адсорбент в количестве 250 мг (в расчете на сухой вес) собирали и добавляли в 125 мл раствора имеющего концентрацию свинца 100 ч/млн и рН 6. Полученный раствор перемешивали в течение одного часа с целью адсорбции свинца. Перемешанный раствор фильтровали и измеряли концентрацию свинца в фильтрате. Было установлено, что концентрация свинца составляет 8,1 ч/млн. Этот результат указывает на тот факт, что около 92% свинца адсорбируется на адсорбенте.

Адсорбционное испытание 13. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали тем же способом, что описан в адсорбционном испытании 3. Измельченный таким образом адсорбент в количестве 250 мг (в расчете на сухой вес) собирали и добавляли к пяти партиям растворов объемом 125 мл, содержащих хром (VI) (CrO₃) с концентрацией 100 ч/млн. Такие растворы имели пять различных уровней значений рН в интервале 3,5-10. Каждый из растворов перемешивали в течение трех часов с целью адсорбции хрома. Таким образом измеряли соответствующие скорости адсорбции хрома. Полученные результаты представлены на фиг. 6. Как следует из данных фиг.6, адсорбент демонстрирует высокие скорости адсорбции с увеличением кислотности.

Адсорбционное испытание 14. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали тем же способом, что описан в адсорбционном испытании 3. Измельченный таким образом адсорбент в количестве 250 мг (в расчете на сухой вес) собирали и добавляли к пяти типам растворов емкостью 125 мл каждый, содержащих ртуть с концентрацией 10 ч/млн. Такие растворы имели четыре различных уровня значений рН в интервале от 3,5 до 10. Каждый из растворов перемешивали в течение двух часов с целью адсорбции ртути. В результате этого измеряли скорости адсорбции ртути. Полученные результаты представлены на фиг.6. Как следует из данных фиг.6, адсорбент обладает высокими скоростями адсорбции при значениях рН порядка 6.

Адсорбционное испытание 15. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали тем же способом, что в адсорбционном испытании 3. Измельченный таким образом адсорбент в количестве 2000 мг (в расчете на сухой вес) собирали и добавляли к 1000 мл раствора с концентрацией железа 1 ч/млн. и рН 4. Полученный раствор перемешивали в течение часа с целью адсорбции железа. Перемешанный раствор фильтровали и в фильтрате измеряли концентрацию железа. Было установлено, что концентрация железа составляет 0,01 ч/млн или менее. Этот результат указывает на тот факт, что 99% или более железа адсорбируется на адсорбенте. Было установлено, что адсорбированное количество в расчете на 1 г адсорбента составляет 495 мкг в день.

Адсорбционное испытание 16. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали тем же способом, что описан в адсорбционном испытании 3. Измельченный таким образом адсорбент в количестве 200 мг (в расчете на сухой вес) собирали и добавляли к четырем типам растворов хлористого кобальта (СоСl₂) объемом 100 мл с концентрацией кобальта 100 ч/млн. Такие растворы имели четыре различных уровня значений рН в интервале 4-10. Каждый из растворов перемешивали в течение трех часов с целью адсорбции кобальта. Таким образом измеряли соответствующие скорости адсорбции кобальта. Полученные результаты представлены на фиг.7. Как следует из данных фиг.7, адсорбент обладает высокими скоростями адсорбции при увеличении основности.

Адсорбционное испытание 17. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали тем же способом, что описан в адсорбционном испытании 3. Измельченный таким образом адсорбент в количестве 400 мг (в расчете на сухой вес) собирали и добавляли к 100 мл раствора нитрата стронция [Sr(NO₃)₂] с концентрацией стронция 100 ч/млн и рН 10. Полученный раствор перемешивали в течение трех часов с целью адсорбции стронция. Затем измеряли количество адсорбционного таким образом стронция. Было адсорбировано 16 мг стронция на 1 г адсорбента, что указывает на высокую адсорбционную способность адсорбента.

Адсорбционное испытание 18. Адсорбент металлического элемента, полученный в примере 1, измельчали тем же способом, что в адсорбционном испытании 3. Измельченный таким образом адсорбент в количестве 400 мг (в расчете на сухой вес) собирали и добавляли к 100 мл раствора нитрата цезия (CsNO₃) с концентрацией цезия 10 ч/млн и с рН 10. Полученный раствор перемешивали в течение трех часов с целью адсорбции цезия. Затем измеряли количество цезия, адсорбированное таким раствором. Было адсорбировано 798 мкг цезия на 1 г адсорбента, что указывает на высокую адсорбционную способность адсорбента.

Формула изобретения

1. Способ получения сорбента ионов металлов, включающий смешение таннина с альдегидом и аммиаком и старение образовавшегося продукта, отличающийся тем, что конденсированный порошок таннина смешивают вначале с водным раствором аммиака до его растворения, а затем с водным раствором альдегида до образования геля и старение ведут путем выдержки геля при комнатной или повышенной температуре до его стабилизации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что компоненты смешивают при следующем их соотношении, мас.

танин 3 35 аммиак 33 35 Альдегид 30 62 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что гель выдерживают при 20 - 80^oС.

4. Способ получения сорбента ионов металлов, включающий смешение таннина с альдегидом и аммиаком, отличающийся тем, что вначале смешивают водные растворы аммиака и альдегида, а затем вводят порошок конденсированного таннина до его растворения, после чего нагревают полученный раствор до стабилизации геля при температуре выше комнатной.

5. Способ получения сорбента ионов металлов, включающий смешение таннина с аммиаком и органическим реагентом, отличающийся тем, что вначале смешивают порошок конденсированного таннина с водным раствором аммиака при рН≥8, а затем полученный раствор смешивают с гексаметилентетрамином, после чего ведут нагревание полученной жидкости до стабилизации геля при температуре выше комнатной.

6. Способ получения сорбента ионов металлов, включающий смешение таннина с аммиаком и органическим реагентом, отличающийся тем, что предварительно смешивают порошок конденсированного таннина с водным раствором гексаметилентетрамина, затем добавляют водный раствор аммиака до растворения таннина и установления рН≥8, после чего полученный раствор нагревают до получения стабильного геля при температуре выше комнатной.

7. Способ получения сорбента ионов металлов, включающий смешение танина со щелочью и альдегидом, отличающийся тем, что вначале смешивают порошок конденсированного таннина с водным раствором гидроксида щелочного металла с рН 7 10, а затем полученный раствор смешивают с водным раствором альдегида, после чего ведут нагревание полученной жидкости до формирования стабильного геля при температуре выше комнатной.

8. Способ получения сорбента ионов металлов, включающий смешение таннина со щелочью и органическим реагентом, отличающийся тем, что вначале смешивают порошок конденсированного таннина с водным раствором гидроксида щелочного металла с рН 7 10, а затем с раствором гексаметилентетрамина, после чего ведут нагревание полученной жидкости до формирования стабильного геля при температуре выше комнатной.

9. Способ получения сорбента ионов металлов, включающий смешение таннина со щелочью и органическим реагентом, отличающийся тем, что вначале смешивают порошок конденсированного таннина с водным раствором гексаметилентетрамина, затем вводят раствор гидроксида щелочного металла до рН жидкости 7 10 и растворения порошка, после чего ведут нагревание полученной жидкости до формирования стабильного геля при температуре выше комнатной.

10. Способ по пп. 7 и 8, отличающийся тем, что гидроксид щелочного металла представляет собой гидроксид натрия, гидроксид калия или гидроксид лития.

11. Способ выделения металлического элемента из его раствора, включающий контактирование раствора с адсорбентом, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют стабилизированную гелевую композицию, полученную взаимодействием конденсированного таннина с водным раствором щелочи, выбранной из группы: амиак, гидроксид натрия, или калия, или лития, и с альдегидом или гексаметилентетрамином, при этом после контактирования адсорбент отделяют от раствора и возможно регенерируют.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что адсорбент измельчают перед стадией контактирования.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что стадию контактирования осуществляют путем загрузки адсорбента в трубчатую колонку и пропускания через колонку раствора.

14. Способ по п. 11, отличающийся тем, что металлический элемент представляет собой актинид.

15. Способ по п. 11, отличающийся тем, что металлический элемент выбирают из группы: кадмий, свинец, хром, ртуть и железо.

16. Способ по п. 11, отличающийся тем, что металлический элемент выбирают из группы: кобальт, цезий, стронций.

17. Способ по п. 11, отличающийся тем, что отделенный адсорбент регенерируют путем его контактирования с разбавленным раствором минеральной кислоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8