Получение сорбентов на основе супрамолекулярных соединений для определения 90sr в окружающей среде (стр. 1 )

Департамент образования города Севастополя

Государственное бюджетное образовательное учреждение

Центр дополнительного образования детей

«Малая академия наук города Севастополя»

ПОЛУЧЕНИЕ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ 90SR В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

(творческое объединение «Биогеохимия» ГБОУ «ЦДОД «Малая академия наук города Севастополя»)

Работу выполнила:

, учащаяся творческого объединения «Биогеохимия» ГБОУ «ЦДОД «Малая академия наук города Севастополя»,

Гимназии №10,11класс.

Научный руководитель:

преподаватель д. о.

творческого объединения

«Биогеохимия» МАН,

к. х.н., с. н.с. ФГБУН МГИ РАН

Севастополь – 2016

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..3

РАЗДЕЛ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………………………………....5

РАЗДЕЛ 2. ОБЪЕКТ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ……………………………….…6

2.1. Вспомогательные устройства, материалы, растворы……………….11

2.2 Характеристики неионогенного сорбента «Поролас-Т»………..…..11

2.3 Приготовление градуировочных и исследуемых растворов………13

2.4 Количественное определение металлов в растворах………………..13

2.5 Материалы……………………………………………………………..15

2.6 Сорбционное извлечение стронция в статических условиях………17

2.7 Количественный анализ стронция в растворах…………………….17

РАЗДЕЛ 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ……….………………………......8

ВЫВОДЫ……………………………………………………………………………12

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………………13

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы.

Среди действий, связанных с пагубным влиянием человека на экологию (а отсюда и необходимость сохранения водных, почвенных ресурсов), следует выделить вопросы ядерной безопасности, которые в наш век выходят на первый план в списке приоритетов всего человечества.

Сегодня, в условиях, когда в хранилищах на накоплены сотни тысяч кубических метров радиоактивных отходов (РАО), в том числе высокоактивных, а наполненность самих хранилищ составляет в среднем 59 %, существенное значение приобретают вопросы обработки указанных отходов с уменьшением общей активности за счет извлечения радионуклидов из их общей массы. Поэтому очистка технологических сред от радионуклидов является актуальной проблемой экологической безопасности, которой посвящены многочисленные исследования.

Учеными разных стран накоплен значительный экспериментальный и теоретический опыт выделения радионуклидов из технологических сред. Учитывая то, что катионы радионуклидов щелочных и щелочноземельных металлов обладают низкой комплексообразующей способностью для их эффективного удаления из РАО предлагается использовать сорбенты, импрегнированные краун-эфирами, селективными к определенным металлам. Отработанное ядерное топливо и РАО имеют высокую активность из-за присутствия долгоживущих изотопов, одним из которых является стронций (90Sr), период полураспада (Т1/2) которого составляет 28,7 лет. Кроме того, 90Sr наравне с 137Cs являются основными критериями экологической опасности РАО благодаря способности к накоплению в биологических тканях. При этом 90Sr является наиболее опасным радионуклидом, ведь для него не существует надежных геохимических барьеров.

Селективное извлечение 90Sr позволяет значительно снизить активность отходов, что упрощает их дальнейшую переработку и хранение. Кроме того, 90Sr широко применяют в качестве источника β-излучения. Перспективным также является разделение изотопов стронция, в частности 90Sr и 90Y. Изотоп 90Y находит широкое применение в биологии и радиотерапии благодаря короткому периоду полураспада (64 часа) и стабильности дочернего изотопа 90Zr.

В связи с этим в работе решается актуальная научно-практическая задача по разработке эффективной технологии селективного извлечения 90Sr из жидких радиоактивных отходов и азотнокислых растворов отработанного ядерного топлива сорбентами на основе краун-эфиров, с целью уменьшения активности радиоактивных технологических сред и последующим получением раствора 90Sr для использования в научно-исследовательских целях в качестве источника β-излучения.

Цель и задачи исследования.

Целью исследования является повышение уровня экологической безопасности при обращении с жидкими радиоактивными отходами и азотнокислыми растворами отработанного ядерного топлива путем уменьшения их активности сорбционным методом с выделением 90Sr. Для достижения поставленной цели необходимо было решить такие основные задачи:

– проанализировать имеющийся опыт и известные методы получения сорбентов на основе краун-эфиров и их применение для извлечения 90Sr из отработанного ядерного топлива и РАО;

– обосновать общую методику проведения экспериментальных исследований, предоставить характеристику методам и материалам, которые будут применяться при анализе состава и свойств полученного сорбента;

– разработать технологию получения сорбента, импрегнированного краун-эфиром;

– проанализировать параметры сорбции, зависимость коэффициента распределения от концентрации азотной кислоты в растворе и массовой доли краун-эфира в сорбенте.

Объект исследования – сорбенты на основе краун-эфиров для выделения долгоживущего изотопа 90Sr.

Предмет исследования – селективная сорбция стронция из азотнокислых растворов новым сорбентом, импрегнированным краун-эфиром.

Методы исследования – теоретические исследования базируются на применении методов анализа и обобщения научно-технической информации при рассмотрении вопросов сорбционного извлечения 90Sr. Согласно специфики экспериментальных исследований в работе применялась атомно-абсорбционная спектрофотометрия с использованием пламенной атомизаций для количественного определения металлов в растворах

Теоретическое и практическое значение полученных результатов.

Полученные сорбенты также можно использовать в таких случаях:

1. Радиоаналитического мониторинга стронция в объектах окружающей среды.

2. Производства радиоизотопных источников энергии (применяются для обеспечения автономной работы оборудования в космосе (спутники, межпланетные станции и т. п.), под водой (глубоководные аппараты), на удаленных территориях (крайний север, открытое море, Антарктика)).

3. Производства контрольных источников дозиметрических приборов (применяются для проверки дозиметрических приборов).

4. Производства открытых источников ионизирующего излучения (применяются в основном для научно-исследовательских целей).

5. Ядерной медицине, радиотерапие (применяется 90Y дочерний радионуклид 90Sr, который имеет короткий период полураспада (64 часа) и стабильный дочерний радионуклид 90Zr).

РАЗДЕЛ 1

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Сорбенты на основе ди-трет-бутилдициклогексил-18-краун-6 для селективного извлечения стронция из азотнокислых сред коммерчески доступны (Sr Resin и TK-100 компании Triskem International, Европа) и широко используются [1, 2]. Эти сорбенты высокоэффективны, однако, их высокая стоимость заставляет проводить исследования для поиска новых материалов.

На основе литературных данных, разработанные к настоящему времени методы получения сорбентов, содержащих краун-эфиры или фрагменты их структуры, можно разделить на две большие группы:

– иммобилизация краун-эфиров с ковалентным связыванием;

– иммобилизация краун-эфиров без ковалентного связывания (импрегнирование).

В обеих группах методов используются как органические, так и неорганические носители.

Основными методами получения сорбентов, в которых фрагменты краун-эфира связаны ковалентной связью с твердым носителем (матрицей) являются:

– анодное окисление;

– химическая модификация полимерных органических сорбентов (алкилирование стиролдивинилбензольной матрицы аминопроизводными краун-эфиров, алкилирование поливинилового спирта, каталитическое окисление полисилоксанов и т. д.);

– реакции поликонденсации (азакраун-эфиров с дикарбоновыми кислотами, бензопроизводных краун-эфиров с формальдегидом);

– химическая модификация неорганических сорбентов (в основном силикагеля);

– радиационно-химический синтез.

Основными методами получения сорбентов, в которых фрагменты краун-эфира не связаны с твердым носителем (матрицей) являются:

– получение органической (как полимерной, так и кристаллической) матрицы в присутствии краун-эфира, стоит отметить, что это может происходить только в отсутствии у органической части функциональных групп, способных связываться с краун-эфирами;

– пропитка готовой полимерной органической матрицы раствором краун-эфира;

– пропитка готовой неорганической матрицы сорбента краун-эфиром;

– получение неорганической матрицы сорбента в присутствии краун-эфира;

– использование измельченного краун-эфира в качестве сорбента.

Для получения сорбентов наиболее часто используется методика импрегнирования носителя краун-эфиром или его раствором в органическом растворителе [3], ряд авторов использует для этого растворителя термин модификатор [4 – 6] или разбавитель [7 – 9]. Для пропитки носителя смесью краун-эфира с разбавителем используется другой органический растворитель, как правила низкокипящий (метанол, хлороформ, гексан), чтобы при отгонке не происходили потери разбавителя.

Для получения новых сорбентов существуют следующие основные пути:

– замена краун-эфира;

– замена носителя;

– замена разбавителя.

Использование дициклогексил-18-краун-6 для получения сорбентов было предложено достаточно давно [10, 11], отмечалось [12], что основной недостаток этих сорбентов вымывание дициклогексил-18-краун-6 из носителя приводящее к уменьшению емкости сорбента и неполной сорбции стронция. Хотя в недавнем исследовании [13] было установлено, что вымывание дициклогексил-18-краун-6 водой или 3 М HNO3 со стирол-дивинилбензольного носителя в течение 2 часов менее 1 %. В настоящее время в основном используется более устойчивый к вымыванию ди-трет-бутилдициклогексил-18-краун-6 (ДТБДЦГ18К6). Таким образом, в качестве краун-эфиров для извлечения стронция целесообразно использовать дициклогексил-18-краун-6 и его производные.

В сорбенте Sr Resin в качестве носителя используется акрилатный носитель Amberlite XAD-7 или Amberchrom CG-71 ms [14, 15]. Возможно использование макропористые стирол-дивинилбензольные носители, которые обладают развитой поверхностью, хорошими кинетическими характеристиками и устойчивы к вымыванию краун-эфира.