Синтез та сорбційні властивості комбінованих целюлозно-неорганічних сорбентів для концентрування цезію-137
Розроблено спосіб одержання нових комбінованих целюлозно-неорганічних сорбційних матеріалів на основі вибіленого бавовняного волокна і фероціанідів d-металів (Fe³⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺). Визначено параметри процесу модифікування, що дозволяють одержати зразки сорбентів з високою сорбційною здатні...
Gespeichert in:
| Datum: | 2013 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України
2013
|
| Schriftenreihe: | Поверхность |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147892 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Синтез та сорбційні властивості комбінованих целюлозно-неорганічних сорбентів для концентрування цезію-137 / В.В. Галиш, М.Т. Картель, В.В. Мілютін // Поверхность. — 2013. — Вип. 5 (20). — С. 135-143. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-147892 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1478922025-02-09T21:23:55Z Синтез та сорбційні властивості комбінованих целюлозно-неорганічних сорбентів для концентрування цезію-137 Synthesis and sorption properties of combined cellulose-inorganic sorbents for the concentration of cesium-137 Синтез и сорбционные свойства комбинированных целлюлозно-неорганических сорбентов для концентрирования цезия-137 Галиш, В.В. Картель, М.Т. Мілютін, В.В. Фізико-хімія поверхневих явищ Розроблено спосіб одержання нових комбінованих целюлозно-неорганічних сорбційних матеріалів на основі вибіленого бавовняного волокна і фероціанідів d-металів (Fe³⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺). Визначено параметри процесу модифікування, що дозволяють одержати зразки сорбентів з високою сорбційною здатністю щодо цезію і високими кінетичними характеристиками. За сорбційною здатністю щодо цезію синтезовані сорбенти розташовані у такій послідовності: ВБВ–[ФЦ]Ni ≈ ВБВ–[ФЦ]Co > ВБВ–[ФЦ]Cu ≈ ВБВ–[ФЦ]Fe > ВБВ–[ФЦ]Zn. Методом рентгенофазового аналізу визначено склад синтезованих целюлозно-неорганічних сорбентів. The method of obtaining of new combined cellulose-inorganic sorption materials based on bleached cotton fiber and ferrocyanide of d-metals (Fe³⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺) was developed. The parameters of the modification process, allowing to obtain the samples of sorbents with high sorption capacity with respect to cesium and high kinetic characteristics, were defined. By sorption ability with respect to cesium synthesized sorbents are arranged in such sequence: BCF-[ФЦ]Ni ≈ BCF-[ФЦ]Co > BCF-[ФЦ]Cu ≈ BCF-[ФЦ]Fe > BCF-[ФЦ]Zn. The composition of the synthesized cellulose-inorganic sorbents was determined by X-ray diffraction. Разработан способ получения новых комбинированных целлюлозно-неорганических сорбционных материалов на основе беленого хлопкового волокна и ферроцианидов d-металлов (Fe³⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺). Определены параметры процесса модифицирования, позволяющие получить образцы сорбентов с высокой сорбционной способностью по отношению к цезию и высокими кинетическими характеристиками. По сорбционной способности по отношению к цезию синтезированы сорбенты расположены в такой последовательности: БХВ-[ФЦ]Ni ≈ БХВ-[ФЦ]Co > БХВ-[ФЦ]Cu ≈ БХВ-[ФЦ]Fe > БХВ-[ФЦ]Zn. Методом рентгенофазового анализа определен состав синтезированных целлюлозно-неорганических сорбентов. 2013 Article Синтез та сорбційні властивості комбінованих целюлозно-неорганічних сорбентів для концентрування цезію-137 / В.В. Галиш, М.Т. Картель, В.В. Мілютін // Поверхность. — 2013. — Вип. 5 (20). — С. 135-143. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 2617-5975 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147892 661.728+66.081+547.625+547.97 uk Поверхность application/pdf Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Фізико-хімія поверхневих явищ Фізико-хімія поверхневих явищ |
| spellingShingle |
Фізико-хімія поверхневих явищ Фізико-хімія поверхневих явищ Галиш, В.В. Картель, М.Т. Мілютін, В.В. Синтез та сорбційні властивості комбінованих целюлозно-неорганічних сорбентів для концентрування цезію-137 Поверхность |
| description |
Розроблено спосіб одержання нових комбінованих целюлозно-неорганічних сорбційних матеріалів на основі вибіленого бавовняного волокна і фероціанідів d-металів (Fe³⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺). Визначено параметри процесу модифікування, що дозволяють одержати зразки сорбентів з високою сорбційною здатністю щодо цезію і високими кінетичними характеристиками. За сорбційною здатністю щодо цезію синтезовані сорбенти розташовані у такій послідовності: ВБВ–[ФЦ]Ni ≈ ВБВ–[ФЦ]Co > ВБВ–[ФЦ]Cu ≈ ВБВ–[ФЦ]Fe > ВБВ–[ФЦ]Zn. Методом рентгенофазового аналізу визначено склад синтезованих целюлозно-неорганічних сорбентів. |
| format |
Article |
| author |
Галиш, В.В. Картель, М.Т. Мілютін, В.В. |
| author_facet |
Галиш, В.В. Картель, М.Т. Мілютін, В.В. |
| author_sort |
Галиш, В.В. |
| title |
Синтез та сорбційні властивості комбінованих целюлозно-неорганічних сорбентів для концентрування цезію-137 |
| title_short |
Синтез та сорбційні властивості комбінованих целюлозно-неорганічних сорбентів для концентрування цезію-137 |
| title_full |
Синтез та сорбційні властивості комбінованих целюлозно-неорганічних сорбентів для концентрування цезію-137 |
| title_fullStr |
Синтез та сорбційні властивості комбінованих целюлозно-неорганічних сорбентів для концентрування цезію-137 |
| title_full_unstemmed |
Синтез та сорбційні властивості комбінованих целюлозно-неорганічних сорбентів для концентрування цезію-137 |
| title_sort |
синтез та сорбційні властивості комбінованих целюлозно-неорганічних сорбентів для концентрування цезію-137 |
| publisher |
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Фізико-хімія поверхневих явищ |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147892 |
| citation_txt |
Синтез та сорбційні властивості комбінованих целюлозно-неорганічних сорбентів для концентрування цезію-137 / В.В. Галиш, М.Т. Картель, В.В. Мілютін // Поверхность. — 2013. — Вип. 5 (20). — С. 135-143. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| series |
Поверхность |
| work_keys_str_mv |
AT gališvv sinteztasorbcíinívlastivostíkombínovanihcelûloznoneorganíčnihsorbentívdlâkoncentruvannâcezíû137 AT kartelʹmt sinteztasorbcíinívlastivostíkombínovanihcelûloznoneorganíčnihsorbentívdlâkoncentruvannâcezíû137 AT mílûtínvv sinteztasorbcíinívlastivostíkombínovanihcelûloznoneorganíčnihsorbentívdlâkoncentruvannâcezíû137 AT gališvv synthesisandsorptionpropertiesofcombinedcelluloseinorganicsorbentsfortheconcentrationofcesium137 AT kartelʹmt synthesisandsorptionpropertiesofcombinedcelluloseinorganicsorbentsfortheconcentrationofcesium137 AT mílûtínvv synthesisandsorptionpropertiesofcombinedcelluloseinorganicsorbentsfortheconcentrationofcesium137 AT gališvv sintezisorbcionnyesvoistvakombinirovannyhcellûloznoneorganičeskihsorbentovdlâkoncentrirovaniâceziâ137 AT kartelʹmt sintezisorbcionnyesvoistvakombinirovannyhcellûloznoneorganičeskihsorbentovdlâkoncentrirovaniâceziâ137 AT mílûtínvv sintezisorbcionnyesvoistvakombinirovannyhcellûloznoneorganičeskihsorbentovdlâkoncentrirovaniâceziâ137 |
| first_indexed |
2025-11-30T23:10:50Z |
| last_indexed |
2025-11-30T23:10:50Z |
| _version_ |
1850258756926963712 |
| fulltext |
Поверхность. 2013. Вып. 5(20). С. 135–143 135
УДК 661.728+66.081+547.625+547.97
СИНТЕЗ ТА СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ
КОМБІНОВАНИХ ЦЕЛЮЛОЗНО-НЕОРГАНІЧНИХ
СОРБЕНТІВ ДЛЯ КОНЦЕНТРУВАННЯ ЦЕЗІЮ-137
В.В. Галиш1, М.Т. Картель1, В.В. Мілютін2
1Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України,
вул. Генерала Наумова, 17, Київ, 03164, Україна, v.galysh@gmail.com
2Інститут фізичної хімії і електрохімії ім. О.Н. Фрумкіна Російської академії наук,
Ленінський пр. 31, 119071, Москва
Розроблено спосіб одержання нових комбінованих целюлозно-неорганічних сорбційних
матеріалів на основі вибіленого бавовняного волокна і фероціанідів d-металів (Fe3+, Ni2+, Co2+,
Cu2+, Zn2+). Визначено параметри процесу модифікування, що дозволяють одержати зразки
сорбентів з високою сорбційною здатністю щодо цезію і високими кінетичними
характеристиками. За сорбційною здатністю щодо цезію синтезовані сорбенти розташовані
у такій послідовності: ВБВ–[ФЦ]Ni ≈ ВБВ–[ФЦ]Co > ВБВ–[ФЦ]Cu ≈ ВБВ–[ФЦ]Fe > ВБВ–
[ФЦ]Zn. Методом рентгенофазового аналізу визначено склад синтезованих целюлозно-
неорганічних сорбентів.
Вступ
Основним джерелом забруднення навколишнього середовища радіонуклідами
залишається атомна промисловість. На сьогоднішній день в Україні діють 4 атомні
електростанції (АЕС) (Рівненська, Запорізька, Південноукраїнська та Хмельницька) і за
кількістю енергетичних реакторів вона займає 10 місце у світі. В процесі експлуатації
реакторів АЕС утворюються значні обсяги низькоактивних відпрацьованих розчинів,
які містять радіоактивні елементи. Особливо небезпечні для екосистем радіоелементи,
які мають періоди напіврозпаду в десятки років. Саме до таких елементів відноситься
137Cs з періодом напіврозпаду в 30,2 років. Цезій-137 є основним дозоутворюючим
радіонуклідом продуктів ділення урану та плутонію і характеризується високими
міграційними властивостями та токсичністю [1]. Все це призводить до екологічних
проблем і зумовлює необхідність пошуку нових шляхів їх вирішення. Для видалення
цезію з водних розчинів доцільно використовувати сорбційні методи з використанням
селективних сорбентів. Відомо, що фероціаніди перехідних металів ([ФЦ]Ме)
характеризуються високою селективністю щодо цезію [2]. Оскільки в індивідуальному
стані [ФЦ]Ме є високодисперсними мікрокристалічними речовинами, це викликає
певні труднощі їхнього використання для дезактивації радіоактивних вод [3]. Для
вирішення цієї проблеми проводять іммобілізацію [ФЦ]Ме на різних носіях [4 – 7]. Як
носій [ФЦ]-фази можна використовувати вибілене бавовняне волокно (ВБВ). Це
дозволяє покращити не лише його експлуатаційні характеристики, оскільки з’являється
можливість в подальшому використовувати одержані матеріали як фільтри та
мембрани на основі паперу, тканих або нетканих матеріалів, а й кінетичні властивості.
Мета роботи – розробка способу одержання комбінованих целюлозно-
неорганічних сорбентів на основі ВБВ і [ФЦ]Ме для концентрування цезію.
Експериментальна частина
Для одержання целюлозно-неорганічних сорбційних матеріалів як носій (матрицю)
використовували ВБВ наступного складу: целюлоза – 99,5%; лігнін – 0,45%; зола –
0,05%. Хімічний склад волокна визначали за стандартними методиками [8].
136
Іммобілізацію [ФЦ]-фази на поверхні носія проводили витримуванням ВБВ в розчинах
[ФЦ]Ме (Ме – Fe3+, Ni2+, Co2+, Cu2+, Zn2+) різної концентрації (2 – 4 г/л) за підвищеної
температури (70 – 90 оС). Молярне співвідношення Me/[Fe(CN)6]
4- завжди залишалося
сталим і складало 1,5. Для приготування вихідних розчинів необхідних концентрацій
використовували гексаціаноферат калію і сульфати заліза, нікелю, кобальту, міді і
цинку марок «х.ч.» та дистильовану воду за ГОСТ 6709-72. Вивчення процесів сорбції
радіонукліда 137Cs на одержаних сорбційних матеріалах проводили з модельних
розчинів в статичних умовах шляхом безперервного перемішування наважки сорбенту
масою 0,050 г з 20 см3 модельного розчину до досягнення рівноважної концентрації.
Питома активність 137Cs у вихідному розчині складала 105 Бк/л. Сорбцію радіоцезію
здійснювали з розчину з концентрацією ~2·10-9 моль/л, а звичайного цезію – з розчину з
початковою концентрацією 0,5 г/л при різних співвідношеннях «рідка/тверда фаза»
(Vр/mс). Концентрацію та питому активність радіонукліда 137Cs в розчинах визначали
прямим радіометричним методом з використанням двоканального гамма-аналізатора
марки NRG-603 ("Тесла", Чехія). Сорбційну здатність синтезованих целюлозно-
неорганічних сорбентів щодо мікрокількостей 137Cs оцінювали за значеннями
показників ефективності вилучення (Еф, %) і коефіцієнта розподілення (Кd, мл/г), а
звичайного цезію – за значенням показника статичної обмінної ємності (СОЄ,
мк-екв/г):
)/](/)[(
0 срррd
mVAAAK ,
100)/1(
0
р
AAЕф ,
)/)((
0 срр
mVCCСОЄ ,
де Ао, Ар – питома активність радіонукліда 137Cs у вихідному розчині та рівноважному
стані відповідно, Бк/дм3; Cо, Cр – концентрація катіонів цезію у вихідному розчині та
рівноважному стані відповідно, г/л; Vр – об’єм розчину, см3; mс – наважка сорбенту, г.
Дослідження кінетики сорбції 137Cs на синтезованих сорбентах проводили
шляхом відбору через певні проміжки часу проб розчину об’ємом 1 см3, в яких
визначали питому активність радіонукліда і розраховували значення ступеня
досягнення рівноваги (F) у момент часу τ:
F() = Е/Е∞,
де Е, Е∞ – ємність сорбенту за цезієм в момент часу τ і при повному насиченні
відповідно, Бк/г. Значення Е∞ визначали в незалежному досліді, проведеному за тих же
умов і тривалості контакту 2 доби.
ІЧ-спектри зразків реєстрували на спектрофотометрі Specord M80 (Carl Zeiss) в
діапазоні 4000 – 300 см-1. Підготовка целюлозних зразків і солей [ФЦ]Ме для
досліджень полягала у розтиранні матеріалів з KBr (співвідношення 1:9 для вихідного і
модифікованого ВБВ та 1:100 для [ФЦ]Ме) з подальшим пресуванням у таблетки.
Рентгенограми зразків реєстрували на дифрактометрі ДРОН-4-07 у
відфільтрованому Cu Kα випромінюванні.
Обговорення результатів
Вплив технологічних параметрів процесу модифікування ВБВ на вміст
неорганічної складової і сорбційні властивості одержуваних целюлозно-неорганічних
сорбентів вивчали на прикладі [ФЦ]Cu за рН середовища 6,0. Встановлено, що
збільшення концентрації модифікатора у вихідному розчині для модифікування з 2 до 4
г/л в межах однієї температури приводить до зростання вмісту неорганічної складової в
одержаних зразках сорбційних матеріалів майже вдвічі (рис. 1а). Така ж закономірність
137
спостерігається і за умов підвищення температури процесу модифікування з 70 до 90 оС
в межах однієї концентрації, оскільки збільшення температури сприяє частковому
набуханню ВБВ та проникненню реагентів до мікрофібрил целюлози. За умов
підвищення зазначених параметрів процесу також відбувається покращення сорбційних
властивостей синтезованих целюлозно-неорганічних сорбентів щодо радіонукліда 137Cs
(рис. 1б, в).
а б
в
Рис. 1. Залежність вмісту неорганічної складової (а) і сорбційних властивостей (б, в)
від концентрації модифікатора та температури процесу модифікування.
Однак зі збільшенням маси [ФЦ]Ме спостерігається зменшення питомих
ефективності вилучення цезію та коефіцієнта розподілення, що обумовлено
зменшенням активних центрів зв’язування цезію на одиницю маси [ФЦ]Ме (рис. 2а, б).
Вивчення впливу рН вихідного розчину для модифікування на вміст неорганічної
складової в сорбентах та їх сорбційні характеристики проводили за концентрації
модифікатора у вихідному розчині 4 г/л. Експериментально встановлено, що
максимальними сорбційними властивостями щодо цезію характеризуються зразки
сорбентів, одержані за рН вихідного розчину 6,0 (рис. 3). Зі зміною рН з нейтрального
до лужного в межах всіх досліджуваних концентрацій відбувається зменшення вмісту
неорганічної складової в кінцевому продукті до 1%, відбувається зменшення значень
коефіцієнта розподілення, однак ефективність вилучення цезію при цьому залишається
досить високою.
138
а б
Рис. 2. Залежність питомих ефективності вилучення (а) та коефіцієнту розподілення (б)
137Cs від концентрації модифікатора та температури процесу модифікування.
а б
в
Рис. 3. Залежність вмісту неорганічної складової (а) та сорбційних властивостей (б, в)
від рН вихідного розчину та температури процесу модифікування.
139
В той же час зменшення рН вихідного розчину до значення 3,0 приводить до
збільшення вмісту [ФЦ]-фази в целюлозній матриці на 10%, однак сорбційні
властивості при цьому залишаються нижчими порівняно з матеріалами, одержаними за
рН вихідного розчину 6,0.
Наведені на рис. 4 дані, свідчать про те, що синтезовані у лужному середовищі
[ФЦ]-солі характеризуються високими сорбційними властивостями на одиницю маси.
Це пов’язано зі структурою [ФЦ]-сполук. У нейтральному та кислому середовищі
відбувається утворення нормальних [ФЦ]Cu з повним заміщенням катіонів калію. У
лужному середовищі відбувається окислювально-відновна реакція між гідроксид-
іонами і катіонами міді з утворенням сполук міді (І), яка, вочевидь, інтенсифікується з
підвищенням температури, в результаті чого відбувається збагачення неорганічної
сполуки на катіони калію з утворенням змішаного [ФЦ]К-Cu. Сорбція цезію на
змішаних ФЦ]К-Cu відбувається двома шляхами: вбудовою у кристалічну гратку та за
іонообмінним механізмом [3].
а б
Рис. 4. Залежність питомих ефективності вилучення (а) та коефіцієнта розподілення (б)
137Cs від рН вихідного розчину та температури процесу модифікування.
Сорбційна рівновага на матеріалі, синтезованому за рН 6,0, досягається вже
протягом 30 – 40 хв контакту (рис. 5), що свідчить про високі кінетичні характеристики
комбінованих целюлозно-неорганічних сорбентів.
Рис. 5. Залежність досягнення ступеня рівноваги при сорбції 137Cs від тривалості
контакту.
140
Порівняння ефективності вилучення цезію на різних [ФЦ]-сорбентах показує, що
при приблизно однаковому вмісті неорганічної складової (рис. 6а) отримані сорбенти
характеризуються різними сорбційними властивостями щодо цезію (рис. 6 б,в).
Максимальними значеннями коефіцієнта розподілення характеризуються сорбційні
матеріали на основі [ФЦ]Ni та [ФЦ]Cо (5,3·105 та 2,6·105 мл/г відповідно), що вказує на
їх високу селективність щодо іонів цезію. За сорбційною здатністю щодо цезію
синтезовані сорбенти розташовуються у такий ряд:
ВБВ–[ФЦ]Ni ≈ ВБВ–[ФЦ]Co > ВБВ–[ФЦ]Cu ≈ ВБВ–[ФЦ]Fe > ВБВ–[ФЦ]Zn.
а б в
Рис. 6. Вміст неорганічної складової (а), ефективність вилучення (б) та коефіцієнт
розподілення (в) 137Cs синтезованих [ФЦ]-сорбентах: 1 – ВБВ–[ФЦ]Fe; 2 – ВБВ–
[ФЦ]Ni; 3 – ВБВ–[ФЦ]Co; 4 – ВБВ–[ФЦ]Cu; 5 – ВБВ–[ФЦ]Zn.
В табл.1 наведені результати дослідження сорбційних властивостей синтезованих
[ФЦ]-сорбентів щодо радіоактивного та звичайного цезію при різних співвідношеннях
Vр/mс. Одержані результати свідчать про те, що в області мікроконцентрацій значення
коефіцієнта розподілення за 137Cs в широкому діапазоні співвідношень Vр/mс для всіх
досліджених сорбентів залишаються приблизно постійними. В області звичайних
концентрацій значення статичної обмінної ємності за цезієм для всіх досліджених
зразків залишаються невисокими, однак спостерігається повна кореляція між
сорбційними характеристиками щодо 137Cs і та катіонів цезію.
На рис. 7 представлені ІЧ-спектри вихідних [ФЦ]Ме та іммобілізованих на ВБВ.
Результати показують, що ІЧ-спектри індивідуальних [ФЦ]Ме характеризується трьома
основними коливаннями аніону [Fe(CN)6]
4-: ν(CN) при 2085 – 2100 см-1, δ(Fe-CN) при
585 – 606 см-1 і ν(Fe-C) при 464 – 499 см-1, а також коливаннями кристалічної води :
ν(OH) при 3368 – 3625 см-1 і δ(НОН) при 1610 – 1614 см-1.
Аналіз ІЧ-спектрів синтезованих сорбентів (рис. 7б) свідчить про появу в
спектрах досліджуваних зразків смуг ν(CN) (2085 – 2100 см-1), що відповідають ν(CN)
вихідних модифікаторів (рис. 7а).
Широкі смуги в області 3000 – 3700 см-1 для всіх досліджених целюлозних зразків
вказують на наявність OH-груп, залучених у водневі зв’язки [9], в той час як смуга при
1636 см-1 відповідає δ(НОН) кристалогідратної води. Смуги поглинання в спектрах всіх
141
досліджених целюлозних матеріалів, розташовані при 1030 і 1060 см-1, є
характеристичними для ν(С–О) зв’язків у вторинній і первинній спиртових групах
елементарної ланки целюлози.
Таблиця 1. Сорбційні властивості целюлозно-неорганічних сорбентів щодо
радіоактивного та звичайного цезію.
Сорбція 137Cs (вихідна
концентрація ~2·10-9 моль/л)
Сорбція катіонів Cs+ (вихідна
концентрація 0,5 г/л)
Сорбент
Vр/ mс,
см3/г
Кd,
мл/г
Кd сер,
мл/г
Vр/ mс,
см3/г
СОЄ,
мк-екв/г
СОЄсер,
мк-екв/г
ВБВ–[FC]Fe
1818
909
465
5100
4000
3900
(4,3±0,7)103
100
50
33
14,5
13,9
13,1
13,8±0,7
ВБВ–[FC]K-Co
1818
870
475
240000
190000
350000
(2,6±0,8)105
100
63
38
38,9
37,2
40,1
38,7±1,4
ВБВ–[FC]K-Ni
1818
909
470
480000
46000
650000
(5,3±1,0)105
98
66
40
59,1
62,7
63,5
62,1±1,4
ВБВ–[FC]Cu
1818
909
465
5500
6400
3800
(5,2±1,3)103
99
50
33
20,4
23,3
21,8
21,8±1,4
ВБВ–[FC]Zn
1820
870
476
631
478
573
560±80
88
44
28
10,9
12,4
11,6
11,7±0,7
а б
Рис. 7. ІЧ спектри вихідних [ФЦ]Ме (а) та іммобілізованих на ВБВ (б): 1 – [ФЦ]Fe; 2 –
[ФЦ]Ni; 3 – [ФЦ]Co; 4 – [ФЦ]Cu; 5 – [ФЦ]Zn; 6 – вихідне ВБВ.
Методом рентгенофазового аналізу встановлено, що на стадії приготування
вихідних розчинів (за однакових умовах і з однаковим відношенням Me/[Fe(CN)6]
4-)
142
відбувається утворення змішаних [ФЦ]K-Ni, [ФЦ]K-Co, [ФЦ]K-Cu і [ФЦ]K-Zn (табл.
2). Однак у випадку Fe3+ відбувається повне заміщення K+ з утворенням нормального
[ФЦ]Fe.
Таблиця 2. Результати рентгенофазоваго аналізу
Характеристика вихідного розчину
Характеристика целюлозно-неорганічних
сорбентів
Склад
Ідентифікована
фаза
Ідентифікована
фаза
Ступінь
кристалічності
целюлозного носія, %
Fe3+/K4[Fe(CN)6]
Ni2+/K4[Fe(CN)6]
Co2+/K4[Fe(CN)6]
Cu2+/K4[Fe(CN)6]
Zn2+/K4[Fe(CN)6]
Fe4([Fe(CN)6])3
K2Ni[Fe(CN)6]
K2Co[Fe(CN)6]
K2Cu[Fe(CN)6]
K2Zn3[Fe(CN)6]2
Fe4([Fe(CN)6])3
K2Ni[Fe(CN)6]
K2Co[Fe(CN)6]
Cu2[Fe(CN)6]
Zn2[Fe(CN)6]
69
64
65
69
67
При подальшому застосуванні змішаних [ФЦ]K-Cu і [ФЦ]K-Zn в процесі
модифікування ВБВ за температури 90 оС відбувається повне заміщення катіонів калію
з утворенням нормальних [ФЦ]Cu і [ФЦ]Zn. У той же час в процесі синтезу целюлозно-
неорганічних сорбентів відбувається зменшення ступеня кристалічності целюлозного
носія в середньому на 10%. Середній розмір кристалітів [ФЦ]Ме, розрахований за
формулою Шеррера, становить порядка 8 нм.
Висновки
Таким чином, розроблено спосіб одержання целюлозно-неорганічних сорбентів на
основі вибіленого бавовняного волокна та фероціанідів d-металів, які характеризуються
високими сорбційними характеристиками щодо радіоцезію.
Ефективність вилучення цезію з модельних розчинів одержаними комбінованими
целюлозно-неорганічними сорбентами зменшується у послідовності:
ВБВ–[ФЦ]Ni ≈ ВБВ–[ФЦ]Co > ВБВ–[ФЦ]Cu ≈ ВБВ–[ФЦ]Fe > ВБВ–[ФЦ]Zn.
Література
1. Василенко И.Я., Василенко О.И. Радиоактивный цезий // Энергия: экономика,
техника, экология. – 2001. – №7. – С. 16 – 22.
2. Milyutin V.V., Gelis V.M., Klindukhov V.G., Obruchikov A.V. Coprecipitation of
microamounts of Cs with ferrocyanides of various metals // Radiochemistry. – 2004. –
46, № 5. – P. 444 – 445.
3. Тананаев И.В., Сейфер Г.Б., Харитонов Ю.Я., Кузнецов В.Г., Корольков А.П.
Химия ферроцианидов. – М.: Наука, 1971. – 320 с.
4. Сираканян М.А., Вардересян Г.Ц., Гаспарян Н.К. Использование
модифицированного вспученного перлита для локализации радионуклидов // Изв.
НАН РА и ГИУА. – 2009. – Т.І.ХІІ, №3. – С. 278 – 285.
5. Sangvich T., Sukwarotwat V., Wiacek R.J., Grudzien R.M. et al. Selective capture of
cesium and thallium from natural waters and simulated wastes with copper ferrocyanide
functionalized mesoporous silica // J.Hazardous Materials. – 2010. – №182. – P. 225 –
231.
6. Ding D., Zhao Y., Yang S., Shi W. et al. Adsorption of cesium from aqueous solution
using agricultural residue – walnut shell: equilibrium, kinetic and thermodynamic
modeling studies // Water Research. – 2013. – №47. – P. 2563 – 2571.
143
7. Meena B., Mehenderge S., Rao D.D. at al. Application of Cu·FeHCF coated acrylic
fiber for the separation of Cs isotopes in drinking water to determine fallout 137Cs //
Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. – 2012. – №294. – P. 237 – 240.
8. Оболенская А.В., Ельцина З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии
древесины и целлюлозы. – М.: Экология, 1991. – 320 с.
9. Щербакова Т.П., Котельникова Н.Е., Быховцова Ю.В. Сравнительное изучение
образцов порошковой и микрокристаллической целлюлозы различного
природного происхождения, надмолекулярная структура и химический состав
порошковых образцов // Химия растительного сырья. – 2012. – №2. – С. 5-14.
СИНТЕЗ И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА КОМБИНИРОВАННЫХ
ЦЕЛЛЮЛОЗНО-НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОРБЕНТОВ ДЛЯ
КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ЦЕЗИЯ-137
В.В. Галыш1, Н.Т. Картель1, В.В. Милютин2
1Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук Украины,
ул. Генерала Наумова, 17, Киев, 03164, Украина, v.galysh @ gmail.com
2Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской
академии наук, Ленинский пр. 31, 119071, Москва
Разработан способ получения новых комбинированных целлюлозно-
неорганических сорбционных материалов на основе беленого хлопкового волокна и
ферроцианидов d-металлов (Fe3+, Ni2+, Co2+, Cu2+, Zn2+). Определены параметры
процесса модифицирования, позволяющие получить образцы сорбентов с высокой
сорбционной способностью по отношению к цезию и высокими кинетическими
характеристиками. По сорбционной способности по отношению к цезию
синтезированы сорбенты расположены в такой последовательности: БХВ-[ФЦ]Ni ≈
БХВ-[ФЦ]Co > БХВ-[ФЦ]Cu ≈ БХВ-[ФЦ]Fe > БХВ-[ФЦ]Zn. Методом
рентгенофазового анализа определен состав синтезированных целлюлозно-
неорганических сорбентов.
SYNTHESIS AND SORPTION PROPERTIES OF COMBINED CELLULOSE-
INORGANIC SORBENTS FOR THE CONCENTRATION OF CESIUM-137
V.V. Galysh1, М.T. Каrtel1, V.V. Milyutin2
1Chuiko Institute of Surface Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine,
17 General Naumov Str. Kyiv, 03164, Ukraine v.galysh@gmail.com
2A.N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of
Sciences, Leninskiy avenue 31, 119071 Moscow
The method of obtaining of new combined cellulose-inorganic sorption materials based
on bleached cotton fiber and ferrocyanide of d-metals (Fe3+, Ni2+, Co2+, Cu2+, Zn2+) was
developed. The parameters of the modification process, allowing to obtain the samples of
sorbents with high sorption capacity with respect to cesium and high kinetic characteristics,
were defined. By sorption ability with respect to cesium synthesized sorbents are arranged in
such sequence: BCF-[ФЦ]Ni ≈ BCF-[ФЦ]Co > BCF-[ФЦ]Cu ≈ BCF-[ФЦ]Fe > BCF-
[ФЦ]Zn. The composition of the synthesized cellulose-inorganic sorbents was determined by
X-ray diffraction.
|