Композитный адсорбент на основе полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля для концентрирования ¹³⁷Cs из загрязненных вод

Композитный адсорбент на основе полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля для концентрирования ¹³⁷Cs из загрязненных вод

Синтезирован новый композитный адсорбент для концентрирования ¹³⁷Сs из загрязненных вод путем осаждения слоя ферроцианида калия-никеля на поверхность модифицированных полипропиленовых волокон. Был реализован двухстадийный метод синтеза, который включал радиационно-индуцированную прививочную полимери...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища
Date:2016
Main Authors: Бондарь, Ю.В., Коромысличенко, Т.И.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України та МНС України 2016
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/140455
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Композитный адсорбент на основе полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля для концентрирования ¹³⁷Cs из загрязненных вод / Ю.В. Бондарь, Т.И. Коромысличенко // Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища. — К. : ІГНС, 2016. — Вип. 25. — С. 56-63. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-140455
record_format dspace
spelling Бондарь, Ю.В.
Коромысличенко, Т.И.
2018-07-07T08:15:33Z
2018-07-07T08:15:33Z
2016
Композитный адсорбент на основе полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля для концентрирования ¹³⁷Cs из загрязненных вод / Ю.В. Бондарь, Т.И. Коромысличенко // Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища. — К. : ІГНС, 2016. — Вип. 25. — С. 56-63. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
2616-7735
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/140455
502.65:621.039.75:628.3
Синтезирован новый композитный адсорбент для концентрирования ¹³⁷Сs из загрязненных вод путем осаждения слоя ферроцианида калия-никеля на поверхность модифицированных полипропиленовых волокон. Был реализован двухстадийный метод синтеза, который включал радиационно-индуцированную прививочную полимеризацию мономера «акриловая кислота» на поверхность полипропиленовых волокон на первой стадии и формирование слоя ферроцианида на поверхности модифицированных волокон in situ – на второй. Результаты электронно-микроскопического, рентгенофазового и инфракрасного исследований подтвердили формирование ферроцианидного слоя на поверхности волокон. Синтезированный образец был протестирован в качестве адсорбента для селективного выделения ¹³⁷Сs из модельного раствора с высоким соотношением ионов ¹³⁷Cs к сумме ионов K+Na (1:2х10⁹). Рассчитанные значения коэффициента распределения (9.4 10² см³/г) и степени адсорбции (72.4 %) свидетельствуют о высокой эффективности использования синтезированных композитных волокон для выделения ¹³⁷Cs из загрязненных вод с высоким содержанием конкурирующих ионов.
Синтезовано новий композитний адсорбент для концентрування ¹³⁷Сs із забруднених вод шляхом осадження шару фероціаніду калію - нікелю на поверхню модифікованих поліпропіленових волокон. Був реалізований двохстадійний метод синтезу, який включав радіаційно-індуковану прищепну полімеризацію мономера «акрилова кислота» на поверхню поліпропіленових волокон на першій стадії і формування шару фероціаніду на поверхні модифікованих волокон in situ – на другій. Результати електронно-мікроскопічного, рентгенофазового і інфрачервоного досліджень підтвердили формування фероціанідного шару на поверхні волокон. Синтезований зразок був протестований як адсорбент для селективного видалення ¹³⁷Сs з модельного розчину з високим співвідношенням іонів ¹³⁷Сs до суми іонів K+Na (1:2х10⁹). Розраховані значення коефіцієнта розподілу (9,4 10² см³/г) і ступеня адсорбції (72.4 %) свідчать про високу ефективність використання синтезованих композитних волокон для видалення ¹³⁷Сs із забруднених вод з високим вмістом конкуруючих іонів.
Novel composite adsorbent for ¹³⁷Cs concentration from contaminated waters was synthesized by deposition of K-Ni ferrocyanide layer on the modified polypropylene fibers’ surface. A two-stage synthesis was applied: radiation-induced graft polymerization of acrylic acid monomer onto the surface of polypropylene fibers, followed by in situ formation of potassium nickel ferrocyanide layer within the grafted chains. Data of scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and infrared spectroscopy confirmed the formation of ferrocyanide layer on the fibers’ surface. The synthesized sample was tested as adsorbent for selective removal of ¹³⁷Сs from the model solution with high ratio of ¹³⁷Сs ions to the sum of K and Na ions (1:2х10⁹). The calculated values of distribution coefficient (9.4 10² cm³/g) and adsorption degree (72.4 %) testify to the high efficiency of the synthesized composite fibers in ¹³⁷Cs removal from contaminated waters with high concentration of competitive ions.
ru
Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України та МНС України
Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища
Композитный адсорбент на основе полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля для концентрирования ¹³⁷Cs из загрязненных вод
Композитний адсорбент на основі поліпропіленових волокон з осадженим шаром фероціаніду калію- нікелю для концентрування ¹³⁷CS із забруднених вод
Composite adsorbent based on polypropylene fibers with deposited layer of potassium-nickel ferrocyanide for concentration of ¹³⁷CS from contaminated waters
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Композитный адсорбент на основе полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля для концентрирования ¹³⁷Cs из загрязненных вод
spellingShingle Композитный адсорбент на основе полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля для концентрирования ¹³⁷Cs из загрязненных вод
Бондарь, Ю.В.
Коромысличенко, Т.И.
title_short Композитный адсорбент на основе полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля для концентрирования ¹³⁷Cs из загрязненных вод
title_full Композитный адсорбент на основе полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля для концентрирования ¹³⁷Cs из загрязненных вод
title_fullStr Композитный адсорбент на основе полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля для концентрирования ¹³⁷Cs из загрязненных вод
title_full_unstemmed Композитный адсорбент на основе полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля для концентрирования ¹³⁷Cs из загрязненных вод
title_sort композитный адсорбент на основе полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля для концентрирования ¹³⁷cs из загрязненных вод
author Бондарь, Ю.В.
Коромысличенко, Т.И.
author_facet Бондарь, Ю.В.
Коромысличенко, Т.И.
publishDate 2016
language Russian
container_title Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища
publisher Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України та МНС України
format Article
title_alt Композитний адсорбент на основі поліпропіленових волокон з осадженим шаром фероціаніду калію- нікелю для концентрування ¹³⁷CS із забруднених вод
Composite adsorbent based on polypropylene fibers with deposited layer of potassium-nickel ferrocyanide for concentration of ¹³⁷CS from contaminated waters
description Синтезирован новый композитный адсорбент для концентрирования ¹³⁷Сs из загрязненных вод путем осаждения слоя ферроцианида калия-никеля на поверхность модифицированных полипропиленовых волокон. Был реализован двухстадийный метод синтеза, который включал радиационно-индуцированную прививочную полимеризацию мономера «акриловая кислота» на поверхность полипропиленовых волокон на первой стадии и формирование слоя ферроцианида на поверхности модифицированных волокон in situ – на второй. Результаты электронно-микроскопического, рентгенофазового и инфракрасного исследований подтвердили формирование ферроцианидного слоя на поверхности волокон. Синтезированный образец был протестирован в качестве адсорбента для селективного выделения ¹³⁷Сs из модельного раствора с высоким соотношением ионов ¹³⁷Cs к сумме ионов K+Na (1:2х10⁹). Рассчитанные значения коэффициента распределения (9.4 10² см³/г) и степени адсорбции (72.4 %) свидетельствуют о высокой эффективности использования синтезированных композитных волокон для выделения ¹³⁷Cs из загрязненных вод с высоким содержанием конкурирующих ионов. Синтезовано новий композитний адсорбент для концентрування ¹³⁷Сs із забруднених вод шляхом осадження шару фероціаніду калію - нікелю на поверхню модифікованих поліпропіленових волокон. Був реалізований двохстадійний метод синтезу, який включав радіаційно-індуковану прищепну полімеризацію мономера «акрилова кислота» на поверхню поліпропіленових волокон на першій стадії і формування шару фероціаніду на поверхні модифікованих волокон in situ – на другій. Результати електронно-мікроскопічного, рентгенофазового і інфрачервоного досліджень підтвердили формування фероціанідного шару на поверхні волокон. Синтезований зразок був протестований як адсорбент для селективного видалення ¹³⁷Сs з модельного розчину з високим співвідношенням іонів ¹³⁷Сs до суми іонів K+Na (1:2х10⁹). Розраховані значення коефіцієнта розподілу (9,4 10² см³/г) і ступеня адсорбції (72.4 %) свідчать про високу ефективність використання синтезованих композитних волокон для видалення ¹³⁷Сs із забруднених вод з високим вмістом конкуруючих іонів. Novel composite adsorbent for ¹³⁷Cs concentration from contaminated waters was synthesized by deposition of K-Ni ferrocyanide layer on the modified polypropylene fibers’ surface. A two-stage synthesis was applied: radiation-induced graft polymerization of acrylic acid monomer onto the surface of polypropylene fibers, followed by in situ formation of potassium nickel ferrocyanide layer within the grafted chains. Data of scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and infrared spectroscopy confirmed the formation of ferrocyanide layer on the fibers’ surface. The synthesized sample was tested as adsorbent for selective removal of ¹³⁷Сs from the model solution with high ratio of ¹³⁷Сs ions to the sum of K and Na ions (1:2х10⁹). The calculated values of distribution coefficient (9.4 10² cm³/g) and adsorption degree (72.4 %) testify to the high efficiency of the synthesized composite fibers in ¹³⁷Cs removal from contaminated waters with high concentration of competitive ions.
issn 2616-7735
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/140455
citation_txt Композитный адсорбент на основе полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля для концентрирования ¹³⁷Cs из загрязненных вод / Ю.В. Бондарь, Т.И. Коромысличенко // Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища. — К. : ІГНС, 2016. — Вип. 25. — С. 56-63. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT bondarʹûv kompozitnyiadsorbentnaosnovepolipropilenovyhvolokonsosaždennymsloemferrocianidakaliânikelâdlâkoncentrirovaniâ137csizzagrâznennyhvod
AT koromysličenkoti kompozitnyiadsorbentnaosnovepolipropilenovyhvolokonsosaždennymsloemferrocianidakaliânikelâdlâkoncentrirovaniâ137csizzagrâznennyhvod
AT bondarʹûv kompozitniiadsorbentnaosnovípolípropílenovihvolokonzosadženimšaromferocíanídukalíûníkelûdlâkoncentruvannâ137csízzabrudnenihvod
AT koromysličenkoti kompozitniiadsorbentnaosnovípolípropílenovihvolokonzosadženimšaromferocíanídukalíûníkelûdlâkoncentruvannâ137csízzabrudnenihvod
AT bondarʹûv compositeadsorbentbasedonpolypropylenefiberswithdepositedlayerofpotassiumnickelferrocyanideforconcentrationof137csfromcontaminatedwaters
AT koromysličenkoti compositeadsorbentbasedonpolypropylenefiberswithdepositedlayerofpotassiumnickelferrocyanideforconcentrationof137csfromcontaminatedwaters
first_indexed 2025-11-26T13:19:03Z
last_indexed 2025-11-26T13:19:03Z
_version_ 1850622469470158848
fulltext Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища 2016 випуск 25 © Бондарь Ю.В., Коромысличенко Т.И. КОМПОЗИТНЫЙ АДСОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ВОЛОКОН C ОСАЖДЕННЫМ СЛОЕМ ФЕРРОЦИАНИДА КАЛИЯ-НИКЕЛЯ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ 137СS ИЗ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД 56 УДК 502.65:621.039.75:628.3 КОМПОЗИТНЫЙ АДСОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ВОЛОКОН C ОСАЖДЕННЫМ СЛОЕМ ФЕРРОЦИАНИДА КАЛИЯ-НИКЕЛЯ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ 137 СS ИЗ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД Бондарь Ю. В., Коромысличенко Т. И. Бондарь Ю. В. к. г.-м. н., cт. н. с., ГУ «Институт геохимии окружающей среды НАН Украины», juliavad@mail.ru Коромысличенко Т. И. вед. с., Институт геохимии, минералогии и рудообразования им. Н.П. Семененко НАН Украины Синтезирован новый композитный адсорбент для концентрирования 137Сs из загрязненных вод путем осаждения слоя ферроцианида калия-никеля на поверхность модифицированных полипропиленовых волокон. Был реализован двухстадийный метод синтеза, который включал радиационно-индуцированную прививочную полимеризацию мономера «акриловая кислота» на поверхность полипропиленовых волокон на первой стадии и формирование слоя ферроцианида на поверхности модифицированных волокон in situ – на второй. Результаты электронно- микроскопического, рентгенофазового и инфракрасного исследований подтвердили формирование ферроцианидного слоя на поверхности волокон. Синтезированный образец был протестирован в качестве адсорбента для селективного выделения 137Сs из модельного раствора с высоким соотношением ионов 137Cs к сумме ионов K+Na (1:2х109). Рассчитанные значения коэффициента распределения (9.4 102 см3/г) и степени адсорбции (72.4 %) свидетельствуют о высокой эффективности использования синтезированных композитных волокон для выделения 137Cs из загрязненных вод с высоким содержанием конкурирующих ионов. Ключевые слова: 137Cs, жидкие радиоактивные отходы, композитный адсорбент, полипропиленовые волокна, Введение Селективное удаление 137 Cs из жидких радиоактивных отходов и количественное определение радионуклида в объектах окружающей среды приобретает в последние годы большое значение. На территории Украины определяющий вклад в суммарную активность поверхностных вод, а также жидких радиоактивных отходов (ЖРО) вносят радионуклиды 137 Cs и 90 Sr. В поверхностных водах содержание 137 Cs, связанное с глобальным выпадением, как правило, невелико и варьирует в пределах 10 -3 - 10 -2 Бк/л [1, 2], поэтому гамма- спектрометрическое определение этого радионуклида невозможно без предварительного концентрирования из больших объемов воды (более сотни литров) с использованием селективных сорбентов. Селективные сорбенты также необходимы для выделения 137 Cs из растворов с высоким солесодержанием в присутствии большого избытка конкурирующих ионов. Среди известных природных и синтетических неорганических сорбентов наибольшую эффективность при выделения радиоизотопов цезия ( 134 Cs, 137 Cs) продемонстрировали нерастворимые двойные ферроцианиды (ФЦ) переходных металлов (Fe, Cu, Сo, Zn и др.) с общей формулой Fe(CN)6] [1]. Механизм процесса сорбции цезия нерастворимыми двойными ферроцианидами обсуждался во многих публикациях. Полагают, что адсорбция цезия происходит путем ионного обмена катиона (K + , Na + , H + или NH4 + ) на цезий. Ряд селективности имеет следующий вид: Cs + >Rb + >K + >NH4 + >Na + ≈Н + >Li + [1]. Это означает, что в мультикомпонентных растворах, содержащих наряду с цезием ионы щелочных металлов, ферроцианиды будут преимущественно извлекать ионы цезия. Однако нерастворимые двойные ферроцианиды синтезируют обычно в виде ультрадисперсных частиц, которые характеризуются низкой механической стойкостью и пептизацией в водных растворах [1]. Чтобы преодолеть эти недостатки был предложен mailto:juliavad@mail.ru Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища 2016 випуск 25 © Бондарь Ю.В., Коромысличенко Т.И. КОМПОЗИТНЫЙ АДСОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ВОЛОКОН C ОСАЖДЕННЫМ СЛОЕМ ФЕРРОЦИАНИДА КАЛИЯ-НИКЕЛЯ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ 137СS ИЗ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД 57 синтез композитных адсорбентов путем осаждения /или внедрения ультрадисперсных частиц ФЦ на/в твердые матрицы. С экономической точки зрения и возможности промышленного выпуска недорогих адсорбентов перспективными являются композитные адсорбенты на основе полимерных волокон. Полимерные волокна (или нетканые материалы) благодаря высокоразвитой поверхности характеризуются оптимальными кинетическими параметрами, низким сопротивлением фильтрующего слоя, что позволяет их эффективно использовать как в статических, так и в динамических режимах сорбции. Удобная форма волокнистых материалов дает возможность упростить стадию отделения сорбента от раствора и производить измерения содержания загрязнителя на образце, что обусловливает их преимущества по сравнению с гранулированными и мелкодисперсными неорганическими сорбентами. Для синтеза композитных адсорбентов полимерные волокна должны содержать химически-активные функциональные группы, которые служат центрами in situ формирования неорганической фазы на поверхности волокон. Через функциональные группы неорганические наночастицы также закреплены на поверхности волокон и не подвержены агломерации в условиях эксплуатации адсорбента, что позволяет многократно его использовать как в статическом, так и динамическом режимах сорбции. Цель данной работы состояла в синтезе композитного адсорбента на основе полипропиленовых волокон c осажденным слоем ферроцианида калия-никеля и апробация их для селективного выделения 137 Сs из модельного раствора, содержащего высокие концентрации конкурирующих ионов натрия и калия. Материалы и методы исследования Синтез композитного адсорбента. В качестве полимерной основы для получения композитного адсорбента использовали нетканый материал из полипропиленовых волокон с толщиной около 1 мм. Морфологию волокон до и после синтеза исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) Hitachi S-4100 с энерго-дисперсионной приставкой, которую использовали для микроанализа. Перед исследованием образцы напыляли платиной. Инфракрасные (ИК) спектры снимали на ИК-Фурье спектрометре Spectrum 100 (PerkinElmer) в режиме нарушенного полного внутреннего отражения. Адсорбция 137 Cs. Исследование адсорбции 137 Cs на синтезированные композитные волокна проводили в статических условиях. В солевой раствор вносили заданное количество радиоактивного цезия в виде раствора нитрата 137 Cs. После установления радиохимического равновесия (24 ч) в подготовленный раствор (15 см 3 ) добавляли композитные волокна (0,042 г) и после сорбции (24 ч) раствор отфильтровывали и определяли активность 137 Cs радиометрическим методом. Композитные волокна промывали дистиллированной водой и также определяли его активность, обусловленную адсорбированным цезием.Коэффициент распределения 137 Cs Kd (см 3 /г) рассчитывали по формуле где a0 и aр – исходная и равновесная активность радионуклида в растворе соответственно, Бк. Степень адсорбции определяли по отношению Результаты и их обсуждения Полипропиленовые волокна являются перспективной основой для синтеза композитных Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища 2016 випуск 25 © Бондарь Ю.В., Коромысличенко Т.И. КОМПОЗИТНЫЙ АДСОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ВОЛОКОН C ОСАЖДЕННЫМ СЛОЕМ ФЕРРОЦИАНИДА КАЛИЯ-НИКЕЛЯ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ 137СS ИЗ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД 58 адсорбентов. Это обусловлено тем, что волокна имеют не только прекрасные физико-химические свойства (низкая плотность – 0.91–0.92 г/см 3 , эластичность, устойчивость к двойным изгибам, высокая стойкость к действию кислот, щелочей и органических растворителей, нетоксичность), но и низкую себестоимость. Широко используемым методом модификации химически инертной основы полипропилена (ПП) является радикальная прививочная полимеризация (прививка) [4]. Этот метод позволяет вводить и химически закреплять на поверхности (и в объеме) инертной полимерной матрицы нано(микро)цепи вторичного прививаемого мономера с желаемой функциональной группой, контролируя при этом длину и плотность привитых цепей. Прививочная полимеризация может быть инициирована как химическими, так и радиационными методами [5]. В настоящее время радиационно-индуцированная прививочная полимеризация под воздействием потока высокоэнергетичных электронов – широко-используемое и интенсивно развиваемое направление модификации полимерных материалов [6–8]. В представленном исследовании для инициации прививочной полимеризации полипропиленовые волокна облучали на воздухе потоком ускоренных электронов с энергией 1.0 МэВ (ускоритель конвейерного типа ЭЛВ-04, ИЯФ, Россия). В результате облучения на поверхности ПП матрицы формировались первичные алкил-радикалы, которые в присутствии кислорода воздуха моментально трансформировались в перекиси и гидроперекиси (в основном). Последние, термически стабильные при комнатной температуре, распадаются при нагревании с образованием макрорадикалов (ППО ▪ ) и гидроксил-радикалов (ОН ▪ ). Макрорадикал предоставляет место для «прививки» мономера (М), в то время как гидроксил-радикал может инициировать нежелательную реакцию гомополимеризации мономера в растворе (образование цепей Mn). Схематически процесс роста цепей может быть представлен следующим образом:   НООППООНПП О HПППП НАГРЕВОБЛУЧЕНИЕ ... 2   MМППОМППОМОПП k kM )( (реакция прививочной полимеризации, рост цепи на поверхности полимерной матрицы); OHMMOHMMHO n nM    )( (реакция гомополимеризации; рост цепи в растворе). Для получения композитных полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля был реализован двухстадийный синтез. На первой стадии была осуществлена радиационно-индуцированная прививочная полимеризация акриловой кислоты [9], что позволило ковалентно закрепить на поверхности химически инертных полипропиленовых волокон цепи полиакриловой кислоты (ПАК) с химически-активными карбоксильными группами. На второй стадии проводили in situ осаждение слоя ферроцианида калия-никеля, центрами формирования и закрепления которого на поверхности волокон служили карбоксильные группы полиакриловой кислоты. В результате синтеза были получены композитные волокна с осажденным слоем ферроцианида калий-никель (ФЦ К-Ni). Белый цвет исходных полипропиленовых волокон изменился на зеленовато-оливковый. На электронно-микроскопических снимках исходных полипропиленовых волокон (рис.1а) и волокон с привитыми цепями ПАК можно видеть, что они имеют округлую форму и гладкую текстуру (рис.1а, б). После осаждения слоя ФЦ K-Ni изменилась форма волокон (1в). При большом увеличении проявляется наноструктра осажденного слоя ФЦ K-Ni (рис. 1б,с). Результаты микроанализа в отмеченной области на поверхности волокна (рис. 2а, б) показали в осажденном слое присутствие элементов, соответствующих составу ферроцианида калия-никеля — C, O, N, Fe, K, Ni. На СЭМ-изображении композитного Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища 2016 випуск 25 © Бондарь Ю.В., Коромысличенко Т.И. КОМПОЗИТНЫЙ АДСОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ВОЛОКОН C ОСАЖДЕННЫМ СЛОЕМ ФЕРРОЦИАНИДА КАЛИЯ-НИКЕЛЯ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ 137СS ИЗ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД 59 волокна видно, что ферроцианидный слой осаждается на поверхности волокон в виде плотного равномерного слоя. а б в г Рис. 1. Микрофотографии исходных ПП волокон (а), ПП волокон с привитыми цепями ПАК (степень прививки 171% ) (в) и привитых ПП волокон (степень прививки 171%) с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля (г) а б Рис. 2. Результаты микроанализа (б) и СЭМ-изображение выделенного участка (а) композитного волокна осажденным слоем ферроцианида калия-никеля. Образование ферроцианидного слоя на поверхности волокон подтвердилось данными ИК-Фурье спектрометрии. В спектрах композитных волокон с осажденным слоем ФЦ K-Ni Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища 2016 випуск 25 © Бондарь Ю.В., Коромысличенко Т.И. КОМПОЗИТНЫЙ АДСОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ВОЛОКОН C ОСАЖДЕННЫМ СЛОЕМ ФЕРРОЦИАНИДА КАЛИЯ-НИКЕЛЯ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ 137СS ИЗ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД 60 (рис. 3., спектр 3) присутствует интенсивная полоса поглощения при волновом числе 2090 см -1 , соответствующая области валентных колебаний С-N группы, координированной с металломуказывает на наличие комплексного иона [Fe(CN)6] 4- . Рис. 3. ИК спектры полипропиленовых волокон (1), волокон с привитыми цепями ПАК (2), композитных волокон с осажденным слоем ФЦ К-Ni (3). Образование слоя ФЦ K-Ni на поверхности волокон также подтверждается данными рентгенофазового исследования (рис. 4). На рисунке 4а представлена типичная рентгеновская дифрактограмма ферроцианида К-Ni [11], а полученные нами дифрактограммы полипропиленовых волокон и волокон с осажденным слоем ФЦ K-Ni показаны на рисунке 4б. На дифрактограмме композитных волокон появилось новые пики при 2θ = 17.5° и 25.1°, 30.6 о , 35.6 о , 40.4 о и 44.5 о (идентичные ферроцианиду К-Ni на рис. 4а), что свидетельствует об образовании новой кристаллической фазы на поверхности полипропиленовых волокон с гранецентрированной кубической решеткой. а б Рис. 4. Типичная рентгеновская дифрактограмма ферроцианида К-Ni – (а); дифрактограммы полипропиленовых волокон – (б, спектр 1) и волокон с осажденным слоем ФЦ K-Ni – (б, спектр 2). Чтобы судить о способности синтезированного нами адсорбента селективно извлекать ионы цезия из мультикомпонентных растворов, содержащих конкурирующие ионы калия и Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища 2016 випуск 25 © Бондарь Ю.В., Коромысличенко Т.И. КОМПОЗИТНЫЙ АДСОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ВОЛОКОН C ОСАЖДЕННЫМ СЛОЕМ ФЕРРОЦИАНИДА КАЛИЯ-НИКЕЛЯ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ 137СS ИЗ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД 61 натрия, были проведены исследования по сорбции Cs из высокосолевого раствора на основе рапы из лимана Куяльник Одесской обл. (рапа ЛК). Рапа ЛК имеет хлоридный натриево- магниевый состав. Ее основными составляющими являются следующие компоненты, мг/л: анионы Cl - – 60 529-86 550, HCO3 - – 229-337, SO4 2- – 3 183-4 410; катионы Na + +К + – 22 951-34 644, Mg 2+ – 4 957-7 470, Ca 2+ – 1425-2 012. Присутствуют также и другие микрокомпоненты, мг/л: бром — 200-800, фтор – 0,03-0,25, бор – 9,4-24,2; а также Pb, Cd, Cu, Zn, V, Cr, Hg, кремневая кислота, фенолы, гуминовые кислоты, жирные кислоты, полисахариды. Суммарная минерализация рапы – 94-132 г/л, рН – 7,2-7,8 [12]. Был приготовлен раствор (рН ~7) на основе рапы ЛК с высоким соотношением ионов цезия к сумме ионов натрия и калия ( 137 Cs:(K+Na) =1:2х10 9 ). Плоский образец композитного нетканого материала на основе полипропиленовых волокон с низкой степенью прививки (50%) был протестирован в качестве адсорбента для 137 Сs. Активность исходного раствора (V=15 см 3 ) составила 2,38∙10 3 Бк (табл.1). После адсорбции 137 Cs на синтезированные композитные волокна (m = 0.042 г) активность фильтрата снизилась до 6,56∙10 2 Бк. Рассчитанные значения коэффициента распределения (Kd =9,4 10 2 см 3 /г) и степень адсорбции (Ɛ=72.4 %) свидетельствуют о высокой эффективности использования синтезированных композитных волокон для адсорбции радионуклида 137 Cs из высокосолевых растворов. В табл. 1 представлены результаты активности исходного раствора, фильтрата и образца после адсорбционного эксперимента. Разница активностей исходного раствора и фильтрата совпадают с активностью образца из композитных волокон. Полученные данные свидетельствуют о перспективности использования синтезированных композитных волокон для определения (и выделения) 137 Cs в низкоактивных растворах (природных и промышленных водах, в питьевой и морской воде, молоке и др.) путем преконцентрирования радионуклида из больших исследуемых объемов на адсорбент с последующим измерением активности композитного образца. Необходимо проведение дополнительных исследований для определения оптимальных параметров синтеза образцов, эффективных как для селективного выделения, так и для экспресс определения 137 Cs в загрязненных водах. Таблица 1. Адсорбция 137 Cs на композитный адсорбент на основе полипропиленовых волокон с осажденным слоем ферроцианида калия-никеля Активность раствора, Бк Активность адсорбента, Бк Кd, cм 3 /г Ɛ, % Раствор* Фильтрат Δ 2380 656 1724 1650, 1650, 1710 (ср.1670) 9.4х10 2 72.4 * Соотношение ионов цезия-137 к сумме ионов натрия и калия в растворе − 1:2х10 9 . Выводы Рассмотрен перспективный метод синтеза новых композитных волокон путем in situ осаждения слоя ферроцианида калия-никеля на поверхность модифицированных полипропиленовых волокон. Результаты электронно-микроскопического, рентгенофазового и инфракрасного исследований подтверждают формирование ферроцианидного слоя на поверхности волокон. Композитные волокна характеризуются высокой селективностью по отношению к ионам цезия в присутствии большого избытка конкурирующих ионов натрия и калия. Синтезированные волокна могут быть рекомендованы для экспресс-определения радиоизотопов цезия в природных и промышленных водах, а также для очистки низкоактивных ЖРО с высоким содержанием конкурирующих ионов натрия и калия. Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища 2016 випуск 25 © Бондарь Ю.В., Коромысличенко Т.И. КОМПОЗИТНЫЙ АДСОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ВОЛОКОН C ОСАЖДЕННЫМ СЛОЕМ ФЕРРОЦИАНИДА КАЛИЯ-НИКЕЛЯ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ 137СS ИЗ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД 62 ЛИТЕРАТУРА 1. Клепус В. Г. Радіоекологічне вивчення водойм міської зони Києва / В. Г. Клепус, Ю. М. Ситник, О. Є. Каглян та ін. // Наукові записки. Серія: біологія, спец. випуск: гідроекологія. – Тернопільський педуніверситет. – 2001. – Т. 4. – № 15. – С. 17-18. 2. Кузьменко М. І. Радіонукліди та їх екологічне значення у водоймах України / М. І. Кузьменко, Д. І. Гудков, І. В Паньков // Наукові записки. Серія: біологія, спец. випуск: гідроекологія. – Тернопільський педуніверситет. – 2001. – Т. 4. – № 15. – С. 19-21. 3.Тананаев И.В. Химия ферроцианидов / И. В Тананаев, Г. Б. Сейфер, Ю. Я. Харитонов и др. – М.: Наука, 1971. – 320 с. 4. Chapiro A. Radiation Chemistry of Polymeric Systems / A. Chapiro - New York: Interscience, 1962. – 712 p. 5. Kato K. Polymer surface with graft chains / K. Kato, E. Uchida, E. Kang, et al. // Prog. Polym. Sci. – 2003. – V. 28, № 2. – P. 209-259. 6. Bhattacharya A. Grafting: a versatile means to modify polymers. Techniques, factors and applications / A. Bhattacharya, B. N.Misra // Prog. Polym. Sci. – 2004. – V. 29, № 8. – P. 767–814. 7. Кабанов В.Я. Радиационная химия полимеров / В. Я. Кабанов, В. И. Фельдман, Б. Г. Ершов и др. // Химия выс.энергий. – 2009. – Т.43, №1. – С. 5-21. 8. Nasef М.М. Radiation-grafted copolymers for separation and purification purposes: Status, challenges and future directions / М.М. Nasef, O. Güven // Prog. Polym. Sci. – 2012. – V. 37, № 12. – P. 1597-1656. 9. Бондарь Ю.В.Оптимизация условий радиационно-химического синтеза полипропиленовых волокон с карбоксильными группами/ Ю. В. Бондарь, Д. Х. Хан // Доповіді НАН України. – 2012. - № – С.111-117. 10. Накамото К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений / К. Накамото — М.: Мир. 1991. — 536 с. 11. Chang С-Y. Nickel hexacyanoferrate multilayers on functionalized mesoporous silica supports for selective sorption and sensing of cesium / С-Y. Chang, L-K. Chau, W-P. Hu, et al. //Micropor. Mesopor. Mat. – 2008. – 109, № 1-3. - P. 505–512 12. Эннан А. А. Особенности ионно-солевого состава воды Куяльницкого лимана / А. А. Эннан, Г. Н. Шихалеева, С. К. Бабинец и др. // Вісник ОНУ. Хімія. – 2006. - Т. 11, № 1-2, С. 67-74. REFERENCES 1. V. Klepus Radioekolohichne vyvchennia vodoim miskoi zony Kyieva [Radioecological study of ponds of Kiev city zone] / V. H. Klepus, Iu. M. Sytnyk, O. Ye. Kahlian та іn. // Naukovi zapysky. Seriia: biolohiia, spets. vypusk: hidroekolohiia. – Ternopilskyi peduniversytet. – 2001. – T. 4. – № 15. – S. 17-18 [in Ukrainian]. 2.M. Kuzmenko Radionuklidy ta yikh ekolohichne znachennia u vodoimakh Ukrainy [Radionuclides and their ecological significance in Ukraine ponds] / M. I. Kuzmenko, D. I. Hudkov, I. V Pankov // Naukovi zapysky. Seriia: biolohiia, spets. vypusk: hidroekolohiia. – Ternopilskyi peduniversytet. – 2001. – T. 4. – № 15. – S. 19-21. [in Ukrainian] 3. I. Tananaev Khimiia ferrotsianidov [Chemistry of ferrocyanides] / I. V Tananaev, G. B. Seifer, Iu. Ia. Kharitonov i dr. – M.: Nauka, 1971. – 320 s. [in Russian] 4. A. Chapiro Radiation Chemistry of Polymeric Systems / A. Chapiro - New York: Interscience, 1962. – 712 p. 5. K. Kato Polymer surface with graft chains / K. Kato, E. Uchida, E. Kang, et al. // Prog. Polym. Sci. – 2003. – V. 28, № 2. – P. 209-259. 6. A. Bhattacharya Grafting: a versatile means to modify polymers. Techniques, factors and applications / A. Bhattacharya, B. N.Misra // Prog. Polym. Sci. – 2004. – V. 29, № 8. – P. 767–814. 7. V. Kabanov Radiatsionnaia khimiia polimerov [Radiation chemistry of polymers] / V. Ya. Kabanov, V. I. Feldman, B. G. Ershov i dr. // Khimiia vys.energii. – 2009. – T.43, №1. – S. 5-21. [in Russian] 8. М. Nasef Radiation-grafted copolymers for separation and purification purposes: Status, challenges and future directions / М.М. Nasef, O. Güven // Prog. Polym. Sci. – 2012. – V. 37, № 12. – P. 1597-1656. 9. Yu. Bondar Optymizatsiia uslovii radiatsionno-khimicheskoho sinteza polipropilenovykh volokon s karboksilnymi gruppami [Optimization of radiation-chemical synthesis of polypropylene fibers with carboxyl groups] / Yu. V. Bondar, D. Kh. Khan // Dopovidi NAN Ukrainy. – 2012. - № 9. – S.111-117. [in Russian] Збірник наукових праць Інституту геохімії навколишнього середовища 2016 випуск 25 © Бондарь Ю.В., Коромысличенко Т.И. КОМПОЗИТНЫЙ АДСОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ВОЛОКОН C ОСАЖДЕННЫМ СЛОЕМ ФЕРРОЦИАНИДА КАЛИЯ-НИКЕЛЯ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ 137СS ИЗ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД 63 10. K. Nakamoto Infrakrasnye spektry neorganicheskikh i koordinatsionnykh soedynenii [Infrared spectrums of inorganic and coordination compounds / K. Nakamoto — M.: Myr. 1991. — 536 s. [in Russian] 11. С-Y. Chang Nickel hexacyanoferrate multilayers on functionalized mesoporous silica supports for selective sorption and sensing of cesium / С-Y. Chang, L-K. Chau, W-P. Hu, et al. //Micropor. Mesopor. Mat. – 2008. – 109, № 1-3. - P. 505–512 12. A. Ennan Osobennosty ionno-solevogho sostava vody Kuialnitskogo limana / A. A. Ennan, G. N. Shykhaleeva, S. K. Babinets i dr. // Visnyk ONU. Khimiia. – 2006. - T. 11, № 1-2, S. 67-74. [in Russian] КОМПОЗИТНИЙ АДСОРБЕНТ НА ОСНОВІ ПОЛІПРОПІЛЕНОВИХ ВОЛОКОН З ОСАДЖЕНИМ ШАРОМ ФЕРОЦІАНІДУ КАЛІЮ- НІКЕЛЮ ДЛЯ КОНЦЕНТРУВАННЯ 137 CS ІЗ ЗАБРУДНЕНИХ ВОД Бондар Ю. В., Коромисліченко Т. І. Бондар Ю. В. к. г.-м. н., ст. н. сп., ДУ «Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України», juliavad@mail.ru Коромисліченко Т. І. пров. сп., Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України Синтезовано новий композитний адсорбент для концентрування 137Сs із забруднених вод шляхом осадження шару фероціаніду калію - нікелю на поверхню модифікованих поліпропіленових волокон. Був реалізований двохстадійний метод синтезу, який включав радіаційно-індуковану прищепну полімеризацію мономера «акрилова кислота» на поверхню поліпропіленових волокон на першій стадії і формування шару фероціаніду на поверхні модифікованих волокон in situ – на другій. Результати електронно-мікроскопічного, рентгенофазового і інфрачервоного досліджень підтвердили формування фероціанідного шару на поверхні волокон. Синтезований зразок був протестований як адсорбент для селективного видалення 137Сs з модельного розчину з високим співвідношенням іонів 137Сs до суми іонів K+Na (1:2х109). Розраховані значення коефіцієнта розподілу (9,4 102 см3/г) і ступеня адсорбції (72.4 %) свідчать про високу ефективність використання синтезованих композитних волокон для видалення 137Сs із забруднених вод з високим вмістом конкуруючих іонів. Ключові слова: 137Cs, рідкі радіоактивні відходи , композитний адсорбент, поліпропіленові волокна, фероціанід калію-нікелю, селективність COMPOSITE ADSORBENT BASED ON POLYPROPYLENE FIBERS WITH DEPOSITED LAYER OF POTASSIUM-NICKEL FERROCYANIDE FOR CONCENTRATION OF 137 CS FROM CONTAMINATED WATERS Yu. Bondar, T. Koromyslichenko Yu. Bondar Ph. D. (Geol.-Min.), Senior Researcher of the SI«Institute of Environmental Geochemistry of the NASU», juliavad@mail.ru T. Koromyslichenko Principal Specialist of the M.P. Semenenko Institute of Geochemistry, Mineralogy and Ore Formation of the NASU Novel composite adsorbent for 137Cs concentration from contaminated waters was synthesized by deposition of K-Ni ferrocyanide layer on the modified polypropylene fibers’ surface. A two-stage synthesis was applied: radiation-induced graft polymerization of acrylic acid monomer onto the surface of polypropylene fibers, followed by in situ formation of potassium nickel ferrocyanide layer within the grafted chains. Data of scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and infrared spectroscopy confirmed the formation of ferrocyanide layer on the fibers’ surface. The synthesized sample was tested as adsorbent for selective removal of 137Сs from the model solution with high ratio of 137Сs ions to the sum of K and Na ions (1:2х109). The calculated values of distribution coefficient (9.4 102 cm3/g) and adsorption degree (72.4 %) testify to the high efficiency of the synthesized composite fibers in 137Cs removal from contaminated waters with high concentration of competitive ions. Keywords: 137Cs, liquid radioactive waste, composite adsorbent, polypropylene fibers, potassium-nickel ferrocyanide, selectivity mailto:juliavad@mail.ru

Similar Items