Зависимость степени сорбции урана от pH на различных фитосорбентах

 

Лихачева О.В., Кутепова К.С., Беляева К.А.

 

ОТИ МИФИ

 

В последнее время большую актуальность приобрела проблема дезактивации ЖРА, образующихся при переработке ОЯТ. Значительную часть этих отходов составляют растворы и сточные воды среднего и низкого уровня активностей. Принцип современной технологии очистки ЖРО заключается в том, что любая вновь разрабатываемая технология должна быть максимально экологически чистой, малоотходной   и направленной на использование в качестве сырья вторичных материальных ресурсов.

В настоящее время наиболее перспективными техническими сорбентами являются материалы, полученные на основе сырья растительного происхождения (т.н. фитосорбенты). С их помощью предполагается решить проблему дезактивации низко- и  среднеактивных ЖРО до экологически приемлемых концентраций с целью последующего сброса отработанных вод в гидрографическую сеть и резкого сокращения объемов захоронения отвержденных отходов. Новизна решения в этом случае заключается в том, что предлагается использовать фитосорбенты, отличающиеся  высокой емкостью (до 800 мг/г по урану) и низкой зольностью при сжигании в условиях, исключающих десорбцию и испарение радионуклидов. Фитосорбент ФС-745 получен на основе перспективного сырья с высокой степенью фосфорилирования. Фитосорбент ФС-761 получен на основе перспективных отходов сельского хозяйства с высокой степенью фосфорилирования.

Целью данной работы является изучение зависимости  сорбции урана (в статических условиях) от pH (1-12) фитосорбентами 761, 744, 745. Для изучения сорбции урана использовали раствор UO2(NO3)2*6H2O с концентрацией С=10мг/л,  который предварительно доводили до нужного значения рН (1-12)  азотной кислотой или гидроксидом натрия. Измерения рН проводили на иономере И-130 со  стеклянными электродами. Погрешность измерения рН составляла  0,05.

Сорбцию проводили по следующей методике: в раствор с известной концентрацией урана (С0) вносили навеску сорбента (при соотношении твердой и жидкой фаз 1: 500, при этом объем раствора составлял 50 мл, а масса навески воздушно-сухого сорбента 0,1 г). После выдержки при постоянном перемешивании в течение 1,5-2 часов определяли концентрацию урана  (Ct) и рН в растворе в момент времени t. Концентрацию урана определяли фотоколориметрически в виде комплекса, образуемого ураном с арсеназо-3 на приборе КФК-3.

Полученные результаты сведены в таблицах1-3.

Таблица 1.

Зависимость степени сорбции S(%) урана на ФС-745 от рH раствора.

рН

1,1

2,1

2,9

4,0

5,1

6,1

7,0

7,8

9,1

9,9

11,2

12,1

S(%)

98,5

90,1

84,1

64,9

72,7

69,2

82,8

62,9

66,2

60,6

52,8

10,8

Кd, 103 мл/г

49,2

45,0

42,0

32,4

36,3

34,6

41,4

31,4

33,1

30,3

26,4

5,4

Таблица 2.

Зависимость степени сорбции S(%) урана на ФС-744 от рH раствора.

рН

1,1

2,0

3,1

5,2

5,8

7,0

7,2

8,1

8,9

10,5

11,2

11,9

S(%)

45,8

95,1

78,8

68,9

60,2

29,9

24,9

19,2

23,3

22,5

42,5

22,1

Кd, 103 мл/г

22,9

47,6

39,4

34,4

30,1

14,9

12,4

9,6

11,6

11,2

21,2

11,0

Таблица 3.

Зависимость степени сорбции S(%) урана на ФС-761 от рH раствора.

 

рН

1,1

2,1

2,9

4,6

5,6

6,5

7,2

7,9

8,9

10,0

11,2

11,7

S(%)

64,4

45,9

57,9

50,1

62,4

47,8

54,9

63,0

17,6

31,4

52,6

18,7

Кd, 103 мл/г

26,3

24,7

26,9

25,0

25,6

24,6

24,1

23,6

8,8

5,7

26,3

9,3

Высокие значения  степени сорбции (57,9-64,4%) урана ФС-761 наблюдаются при pH=1-3. При pH=2-3 на ФС-744 степень сорбции также максимальна и составляет 78,8-95,1%. При рН=1-3 на ФС-745 величина степени сорбции S=84,1-98,5%. С увеличением кислотности среды наблюдается уменьшение сорбции, что, по-видимому, связано с гидролизом уранил-ионов.

Установлено, что фитосорбенты, обладают наилучшими сорбционными характеристиками при  рН < 3, где уран находится в виде UO22+ . С увеличением рН   для ФС-745  наблюдается  постепенное уменьшение  сорбции. Для фитосорбента ФС-761 резкое уменьшение сорбции наблюдается  в интервале рН  от 5 до 7, где  значительная доля урана находится  в виде нейтрального комплекса UO2(OH)2.    С ростом рН наблюдается увеличение доли анионных комплексов урана. При этом   степень его сорбции   фитосорбентом  ФС-761 также    увеличивается, что свидетельствует о том,  данный фитосорбент обладает полифункциональным механизмом  сорбции.  Различие в характере зависимости сорбции урана от   рН    раствора для разных фитосорбентов объясняется различным содержанием функциональных групп в их составе.