Удаление урана из воды
Изобретение относится к способу удаления урана из содержащего уран водного раствора. Способ включает пропускание водного раствора, содержащего уран и имеющего степень минерализации, равную по меньшей мере 0,5 ppt, через слой анионообменной смолы, пропитанной полифенолом. Изобретение обеспечивает эффективное удаление урана из содержащего уран водного раствора за счет использования смолы, обладающей большей избирательностью по отношению к урану. 6 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.
Настоящее изобретение направлено на удаление урана из водных растворов с помощью анионообменной смолы.
Введение
Полифенол, который присутствует в природных условиях в различных растениях, обладает способностью удалять уран из окружающей среды. Например, подсолнечник использовали для устранения последствий загрязнения почвы, связанного с аварией на Фукусиме. Хотя они эффективно связывают уран, полифенолы с трудом присоединяются к износостойким средам. Например, патент Италии № 01249504 описывает обработку поперечно-сшитого полимерного адсорбента полифенолом. И как указывается в приведенных ниже сравнительных примерах, полифенол быстро вымывается из полимерных сред.
Известно использование анионообменных смол для удаления урана из воды, используемой для питья, и воды, которая находит применение в промышленности и гидрометаллургии. Примеры включают гелеобразные сильноосновные анионообменные смолы типа 1, такие как DOWEX™ 1, DOWEX™ RPU и AMBERSEP™ 400 S04; все они коммерчески доступны от компании The Dow Chemical Company. Несмотря на то что подобные смолы долговечны и могут быть регенерированы, они обладают более низкой селективностью по отношению к урану, по сравнению с полифенолом. Указанное отсутствие селективности может привести к меньшей конкурентоспособности анионообменной смолы, особенно в тех приложениях, когда концентрация урана в водном растворе составляет менее 100 мкг/л.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение включает способ удаления урана из содержащего уран водного раствора со степенью минерализации, равной по меньшей мере 0,5 ppt, при этом указанный способ включает пропускание раствора через слой анионообменной смолы, пропитанной полифенолом. Смолы с пропиткой, используемые в способе по настоящему изобретению, обладают большей избирательностью по отношению к урану, по сравнению с традиционными анионообменными смолами, и значительно прочнее связывают полифенол, по сравнению с полимерными адсорбентами. Описаны разнообразные дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Анионообменные смолы, которые могут применяться в настоящем изобретении, специально не ограничиваются и включают как сильноосновные (как типа I, так и II) смолы, так и слабоосновные смолы; тем не менее предпочтительными являются слабоосновные смолы. Типичные примеры включают DOWEX™ MARATHON WBA, AMBERLITE™ PWA7 и IMAC™ 24; все они коммерчески доступны от компании The Dow Chemical Company.
Анионообменные смолы, используемые в настоящем изобретении, пропитывают полифенолом. Указанную операцию можно осуществить путем контактирования смолы с экстрактом растений, о которых известно, что они содержат полифенол, например, путем контактирования с фруктовыми соками, такими как сок клюквы, сок винограда и сок черной смородины. Сок клюквы является наиболее предпочтительным источником полифенолов. Время контактирования специально не ограничивается, однако, предпочтительно, является достаточно большим, чтобы полифенолы могли остаться в смоле. Могут быть использованы такие способы, как замачивания смолы во фруктовом соке или погружение смолы во фруктовый сок при комнатной или повышенной температуре (например, при температуре 5-100°С, более предпочтительно при температуре 20-40°С). В качестве альтернативы, смолу можно пропитать, пропуская экстракт, содержащий полифенолы, через колонку или слой, содержащий анионообменную смолу. Могут быть использованы периодические или непрерывные процессы. Никаких независимых химических связующих не требуется. Перед контактированием с полифенолом смолу, предпочтительно, готовят в форме свободного основания.
В данном описании "полифенол" соответствует определению данного термина, предложенному White-Bate-Smith-Swain-Haslam (WBSSH) (WBSSH) (см. Haslam, E.; Cai, Y. (1994), "Plant polyphenols (vegetable tannins): Gallic acid metabolism". Natural Product Reports 11 (1): 41-66), т.е. обозначает соединения, имеющие: i) молекулярную массу 500-4000 дальтон, ii) по крайней мере 12 фенольных гидроксильных функциональных групп и iii) от 5 до 7 ареновых групп на 1000 дальтон. С точки зрения функциональной и операционной классификации полифенолы можно разделить на гидролизуемые танины (эфиры галловой кислоты с глюкозой и другими сахарами или циклитолами) и на фенилпропаноиды, такие как лигнины, флавоноиды и конденсированные танины.
В данном описании термин "уран" относится к водорастворимым поливалентным анионным комплексам, включающим карбонаты, хлориды и сульфаты. Что касается урана, то термин "водорастворимый" означает соединение или комплекс, имеющий Ksp.
В данном описании "степень минерализации" выражают в промилле (частей на тысячу (ppt)), что соответствует приблизительно граммам соли на килограмм раствора, которую обычно выражают в виде процента (%). В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения степень минерализации представляющего интерес водного раствора составляет по меньшей мере 0,5 ppt, 5 ppt, 30 ppt, а в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения по меньшей мере 50 ppt. В других вариантах осуществления настоящего изобретения степень минерализации меняется в диапазоне от 0,5 до 50 ppt.
ПРИМЕРЫ
Пример 1: Была проведена серия экспериментов для двух коммерчески доступных смол*, пропитанных полифенолом. Пропитку осуществляли путем замачивания образца каждого полимера объемом 50 мл в одном литре нескольких различных фруктовых соков приблизительно в течение 4 часов при температуре 25°С. Смолы удаляли из сока и промывали водой.
Силу адсорбции образцов определяли, замачивая каждый образец в эквивалентном количестве воды в течение приблизительно 8 час. По окончании проведения стадии замачивания определяли величину TOC (общий органический углерод) воды. Каких-либо значительных изменений значения TOC обнаружено не было - указывая на то, что полифенол прочно удерживался на обоих типах смол.
Тест повторили со свежими образцами, однако в предыдущем тесте солевой раствор (50 ppt раствор хлорида натрия) заменили водой. Как и в предыдущем тесте, заметных изменений значений TOC на образцах слабоосновной анионообменной смолы обнаружено не было; тем не менее значение ТОС для образца смолы адсорбента значительно увеличилось – указывая на то, что полифенол не прочно удерживался. Подробности для образцов и краткое изложение результатов представлены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| Образец | Источник полифенола | Смола | ТОС (замачивание в воде) | ТОС (замачивание в солевом растворе) |
| 1 | Сок клюквы | Слабоосновная ионообменная | Изменений нет | Изменений нет |
| 2 | Сок клюквы | Адсорбент | Изменений нет | Увеличение |
| 3 | Сок черной смородины | Слабоосновная ионообменная | Изменений нет | Изменений нет |
| 4 | Виноградный сок | Слабоосновная ионообменная | Изменений нет | Изменений нет |
| *Включены следующие смолы: i) смола-абсорбент, имеющая поперечно-сшитую полистирольную матрицу (Amberlite™ FPX66) и ii) слабо основная анионообменная смола в форме свободного основания, имеющего поперечно-сшитую полистирольную матрицу вместе с алкиламиновыми функциональными группами (IMAC™ 24). Обе смолы были получены от компании The Dow Chemical Company. |
Пример 2: Четыре образца объемом 1,5 мл слабоосновной анионообменной смолы (IMAC™ 24) замачивали в 125 мл содержащего уран раствора (110 м.д.) в течение 8 час. Полученную надосадочную жидкость для каждого образца анализировали методом индуктивно-связанной плазмой. Подробности для смол и результаты анализа приведены в таблице 2. Как видно из приведенных данных, слабоосновные анионообменные смолы, пропитанные различными источниками полифенолов, удаляют значительно больше урана из раствора, по сравнению с контрольным образцом.
| Таблица 2 | ||
| Образец № | Источник полифенола | Концентрация урана в надосадочной жидкости (м.д.) |
| 5 (контрольный образец) |
Отсутствует | 41 |
| 6 | Сок клюквы | <0,5 |
| 7 | Виноградный сок | 4 |
| 8 | Сок черной смородины | 16 |
1. Способ удаления урана из содержащего уран водного раствора, имеющего степень минерализации, равную по меньшей мере 0,5 ppt, где указанный способ включает пропускание указанного раствора через слой анионообменной смолы, пропитанной полифенолом.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полифенол получают из фруктового сока.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полифенол получают из сока клюквы.
4. Способ по п. 1, где анионообменная смола содержит слабоосновную ионообменную смолу.
5. Способ по п. 1, где водный раствор имеет степень минерализации, равную по меньшей мере 5 ppt.
6. Способ по п. 1, где водный раствор имеет степень минерализации, равную по меньшей мере 50 ppt.
7. Способ по п. 1, где указанный раствор после обработки содержит меньше чем 5 мкг/л урана.
