Способ извлечения микроконцентраций урана из водных растворов
Владельцы патента RU 2591956:
Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Изобретение относится к области сорбционной технологии извлечения радионуклидов, а именно к способу извлечения микроконцентраций урана из водных растворов. Способ проводят путем сорбции с использованием тонкослойного неорганического сорбента на основе гидроксида металла, осажденного на природное органическое вещество. При этом предварительно в очищаемый раствор вводят комплексон до достижения в воде его концентрации 0,15·10-3 - 0,3·10-3 моль/л при значениях рН от 6 до 8. Изобретение позволяет повысить динамическую обменную емкость (ДОЕ) сорбента по отношению к извлекаемому радионуклиду и увеличить скорость процесса сорбции. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.
Изобретение относится к области сорбционной технологии извлечения радионуклидов из водных сред и может быть использовано в технологических и аналитических целях, а также в процессах очистки радиоактивно загрязненных сточных вод с низким уровнем активности, водоподготовки и водоочистки питьевой воды.
Известен способ дезактивации радиоактивных сред, включающий извлечение ионов металлов из растворов путем сорбции с использованием в качестве сорбента дешевого неорганического углеродсодержащего силиката состава C·SiO2, который является отходом нефтяной промышленности, описанный в патенте Российской Федерации №2389094, G21F 9/12, опубликованный 10.05.2010.
Недостатком данного способа является то, что сорбент обладает недостаточно высокой сорбционной активностью.
Известен способ очистки жидких радиоактивных отходов путем их контактирования с природной глиной при температуре не ниже 180°С с продолжительностью проведения процесса не менее 6 часов, описанный в патенте Российской Федерации №2120144, G21F 9/16, опубликованный 10.10.1998.
Недостатком этого способа являются высокие энергозатраты, а также низкая скорость сорбции.
Ближайшим техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ извлечения микроконцентраций урана из водных растворов путем сорбции с использованием тонкослойного неорганического сорбента на основе гидроксида металла, осажденного на природное органическое вещество (Бетенеков Н.Д., Файзрахманов Ф.Ф. Радиохимическое исследование гидроксидных пленок. Исследование сорбции урана из пресных вод тонкослойным гидроксидом титана. - «Радиохимия», 1986, №4, с. 483-486).
Недостатками данного способа являются низкая скорость извлечения урана из раствора и невысокая обменная емкость его при сорбции из-за неполного использования ионообменных центров сорбента по отношению к извлекаемому радионуклиду.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании способа извлечения микроконцентраций урана из водных растворов с использованием в качестве сорбента недорогого доступного неорганического материала, обладающего высокими значениями коэффициента распределения, степени сорбции, коэффициента очистки по отношению к урану.
Технический результат заключается в повышении динамической обменной емкости (ДОЕ) сорбента по отношению к извлекаемому радионуклиду, а также в увеличении скорости процесса сорбции за счет присутствия в растворе комплексона, образующего с ураном и с другими катионами в водном растворе комплексные соединения.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе извлечения микроконцентраций урана из водных растворов путем сорбции с использованием тонкослойного неорганического сорбента на основе гидроксида металла, осажденного на природное органическое вещество, согласно заявляемому изобретению предварительно в очищаемый раствор вводят комплексон до достижения в воде его концентрации 0,15·10-3 - 0,3·10-3 моль/л при значениях рН от 6 до 8.
Причем в качестве тонкослойного неорганического сорбента используют гидроксид титана.
Причем в качестве комплексона используют Комплексон III.
Причем в качестве природного органического вещества используют гранулированную целлюлозу.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
В процессе поиска не выявлено технических решений, содержащих признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого способа, что позволяет сделать вывод о соответствии его условию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 приведена зависимость коэффициента распределения урана между раствором и гидроксидом титана от кислотности раствора.
На фиг. 2 приведена зависимость коэффициента распределения урана между раствором и гидроксидом титана от концентрации Комплексона III.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Сорбцию проводят в динамическом режиме. В очищаемый раствор, содержащий уран, добавляют комплексон, например Комплексон III (двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты), до достижения в воде концентрации 0,15·10-3 - 0,3·10-3 моль/л, рН раствора путем добавления кислоты или щелочи доводят до значения 6-8, раствор перемешивают, пропускают через стеклянную хроматографическую колонку, содержащую сорбент на основе гидроксида металла, например титана. Колонки с сорбентом готовят следующим образом: колонки заполняют предварительно выдержанным в дистиллированной воде сорбентом, соотношение высоты загрузки колонки и ее диаметра 6:1. Исходная концентрация урана в растворе составляет 0,2 мг/л, масса сорбента 2 грамма. Сорбат собирают в пластиковые стаканы. Затем из сорбата отбирают две одинаковые пробы объемом 50 мл для измерений. Для измерения активности исходного и конечного раствора используют радиометр LB-770 фирмы Berthold. Для измерения концентрации исходного раствора используют спектрофотометр DR-2800.
Пробы для проведения измерений готовят следующим образом. Чистые сухие металлические подложки протирают этиловым спиртом и маркируют в соответствии с нумерацией проб. Пробы объемом 50 мл переносят на подложки, выпаривают досуха и прокаливают на электрической плитке. Затем проводят измерение активности проб на радиометре LB-770. После измерения активности проб рассчитывают основные показатели сорбции.
Из графика, представленного на фиг. 1, видно, что наиболее высокие значения коэффициента распределения достигаются при рН очищаемого раствора 6-8. Из графика, представленного на фиг. 2, видно, что наиболее высокие значения коэффициента распределения достигаются при концентрации Комплексона III от 0,15·10-3 до 0,3·10-3 моль/л.
Пример 1
Процесс сорбции проводят со скоростью 10 мл/(мин·см2). Комплексон III добавляют в очищаемый раствор до достижения в воде концентрации 0,25·10-3 моль/л. Объем пропущенного через сорбент раствора равен 10 литрам. Коэффициент распределения в данных условиях проведения сорбции составляет Kd = 158000 мл/г; степень сорбции урана S = 94%; коэффициент очистки Коч = 16,8; динамическая обменная емкость (ДОЕ) = 1,64 мг/г сорбента.
Пример 2
Процесс сорбции проводят со скоростью 5 мл/(мин·см2). Комплексон III добавляют в очищаемый раствор до достижения в воде концентрации 0,25·10-3 моль/л. Объем пропущенного через сорбент раствора равен 10 литрам. Коэффициент распределения в данных условиях проведения сорбции составляет Kd = 294700 мл/г; степень сорбции урана S = 98%; коэффициент очистки Коч = 125.
Предлагаемый способ извлечения микроконцентраций урана из водных растворов имеет ряд преимуществ перед прототипом. Во-первых, положительным эффектом предлагаемого технического решения является улучшение основных сорбционных характеристик: увеличение коэффициента распределения, степени сорбции, коэффициента очистки и динамической обменной емкости. Во-вторых, добавление Комплексона III в очищаемый раствор позволяет увеличить скорость пропускания раствора через сорбент до 10 мл/(мин·см2).
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- способ, воплощенный в заявляемом изобретении при его осуществлении, предназначен для извлечения микроконцентраций урана из водных растворов, а также в процессах очистки радиоактивно загрязненных сточных вод с низким уровнем активности, водоподготовки и водоочистки питьевой воды;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления и достижения усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию «промышленная применимость».
1. Способ извлечения микроконцентраций урана из водных растворов путем сорбции с использованием тонкослойного неорганического сорбента на основе гидроксида металла, осажденного на природное органическое вещество, отличающийся тем, что предварительно в очищаемый раствор вводят комплексон до достижения в воде его концентрации 0,15·10-3 - 0,3·10-3 моль/л при значениях рН от 6 до 8.
2. Способ извлечения микроконцентраций урана из водных растворов по п.1, отличающийся тем, что в качестве тонкослойного неорганического сорбента используют гидроксид титана.
3. Способ извлечения микроконцентраций урана из водных растворов по п.1, отличающийся тем, что в качестве комплексона используют Комплексон III.
4. Способ извлечения микроконцентраций урана из водных растворов по п.1, отличающийся тем, что в качестве природного органического вещества используют гранулированную целлюлозу.
