Способ получения сорбентов на основе гелей оксигидратов металлов

Изобретение относится к способам получения сорбентов может и быть использовано для извлечения металлов из водных растворов. Способ получения сорбентов включает стадии щелочного осаждение оксигидрата иттрия или циркония, созревание осадка, отделение, сушку, гранулирование сорбента, облучение монохроматичным пучком ультрафиолетового света ксеноновой лампы марки ДДС-400 с длиной волны 260 или 352 нм, используя призменный монохроматор, в течение 5 минут. Изобретение позволяет повысить сорбционную емкость. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к способам получения сорбентов на основе гелей оксигидратов металлов и позволяет увеличить сорбционную емкость сорбентов, используемых в атомной энергетике для очистки водных растворов от радионуклидов, в химической промышленности для получения особо чистых веществ, в гидрометаллургии для очистки сточных вод промышленных предприятий.

Известен способ получения сорбентов на основе оксигидратов металлов (ниобия, циркония и т.д.) путем взаимодействия растворимых солей металлов со щелочью (Сухарев Ю.И. Синтез и применение специфических оксигидратных сорбентов. - М. 1987, С.6-7). Недостатком описанного способа является низкая стойкость сорбентов при работе в агрессивных средах, а также низкая емкость и селективность сорбентов.

Известен способ получения сорбента на основе оксигидратов циркония и иттрия, включающий медленное осаждение гидрогеля путем взаимодействия соли металла с аммиаком, декантацию маточного раствора, фильтрование, медленное высушивание осадка в изотермических условиях в течение нескольких месяцев и гранулирование. При этом производили освещение гелей ультрафиолетовым и естественным белым светом во время осаждения и отфильтровывания в течение трех суток длительностью по 10 часов ежесуточно. Далее все образцы хранили в темноте. В качестве источника ультрафиолета использовали лампу ЛУФ-4 с ультрафиолетовым фильтром марки АРУФОШ-45М (Авдин В.В., Сухарев Ю.И., Мосунова Т.В., Ширшова Н.С. Некоторые особенности оксигидрата циркония // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. - 2002. - Вып.3. - С.73-78) /1/).

Недостатком данного способа является незначительное увеличение сорбируемости, обусловленное поглощением УФ-излучения дисперсионной средой в процессе синтеза, а также немонохроматичностью УФ-излучения. В дальнейшем данный способ был несколько усовершенствован в части получения большей монохроматичности излучения. В качестве источника ультрафиолета использовали ртутную лампу ЛУФ-4 со светофильтром УФС6. Диапазон длин волн светофильтра 290...400 нм с максимумом 365 нм, пропускание светофильтра в максимуме составляет 50%. Таким образом, использовалось излучение лишь одной интенсивной линии спектра ртутной лампы - 365 нм (Авдин В.В., Сухарев Ю.И., Батист А.В., Мосунова Т.В. Влияние электромагнитного излучения на формообразование оксигидратов циркония и иттрия // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. - 2005. - Вып.2. - С.67-71). В работе (Авдин В.В., Сухарев Ю.И., Батист А.В. Особенности термолиза оксигидратов циркония, лантана и иттрия // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. - 2006. - Вып.1. - С.51-55) облучение проводили непрерывно во время осаждения и созревания геля. Недостатком данного способа является необходимость длительного облучения образца, что увеличивает трудоемкость способа.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является известный способ получения сорбентов на основе гелей оксигидрата иттрия, включающий щелочное осаждение оксигидрата иттрия из раствора нитрата иттрия, созревание осадка, отделение, сушку, гранулирование сорбента и облучение ультрафиолетовым светом бактерицидной лампы в течение 30 минут (Сухарев Ю.И., Крупнова Т.Г., Юдина Е.П. Эффект увеличения сорбционной емкости гелевых сорбентов на основе оксигидратов иттрия // II Уральская конференция по радиохимии: Сборник материалов. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2004. - С.197-201). Данный способ более прост, а также более эффективен так как при облучении устраняется момент поглощения большей части УФ дисперсионной средой.

Недостатком способа является высокая длительность облучения сорбента УФ, незначительно увеличивающая сорбционную емкость гелей оксигидратов металлов.

Задачей настоящего изобретения является значительное улучшение сорбционной емкости гелей оксгидратов металлов.

Указанная задача решается тем, что в способе получения сорбентов на основе гелей оксигидратов металлов, включающем щелочное осаждение геля оксигидрата металла, его созревание, отделение, сушку, гранулирование, согласно изобретению осаждают гель оксигидрата иттрия или циркония, а после гранулирования осуществляют облучение ультрафиолетовым монохроматическим излучением при длине волны 260 нм или 352 нм в течение 5 минут.

Облучение осадка осуществляют, используя призменный монохроматор, а в качестве излучателя используют ксеноновую лампу.

Согласно данному изобретению, в отличие от известного способа, облучение осуществляют монохроматичным пучком света с длиной волны 260 или 352 нм, время облучения сорбента ультрафиолетом снижается до 5 минут за счет облучения образцов монохроматичным пучком света, и далее, как показали исследования, проведенные заявителем, неожиданно происходит значительное увеличение сорбционной емкости гелей оксигидратов металлов.

В результате более детального изучения процессов, происходящих в оксигидратных гелях, было выяснено, что влияние УФ-излучения не ограничивается одним лишь деструктивным действием. В предыдущих работах (Оптические свойства гелей оксигидрата иттрия / Сухарев Ю.И., Егоров Ю.В., Крупнова Т.Г. и др. // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. - 2001. - Вып.3. - С.78-82) для гелей оксигидрата иттрия было обнаружено явление люминесценции. На спектре возбуждения люминесценции наблюдается два максимума с длиной волны 352 нм или 260 нм. Данные длины волн были обнаружены при изучении оптических свойств гелей. Они были выбраны для воздействия на сорбционные свойства сорбенты.

Наблюдаемый эффект увеличения сорбционной емкости был обнаружен при длинах волн, отличных от приводимых в аналогах.

При облучении гелей оксигидратных гелей УФ-излучением данных длин волн, по-видимому, наблюдается явление резонанса. Синхронизированная полимерная цепь оксигидрата металла изменяет свое конформационное строение. В результате в оксигидратных гелях металлов увеличивается число более доступных (концевых гидроксо- и аква-группы). Они являются адсорбционными центрами в полимерных оксигидратных молекулах, поэтому увеличивается сорбционная активность оксигидратных гелей.

Пример 1. Получение сорбента на основе геля оксигидрата иттрия

90 мл раствора соли нитрата иттрия (III) с концентрацией 1 моль/л помещают в реактор для синтеза (емкость 5 литров), разбавляют дистиллированной водой до 3 литров. Производят щелочное осаждение оксигидрата иттрия раствором аммиака (ρ=0,095...0,098 г/см³) (1:9) при постоянном перемешивании реакционной смеси. Мешалку располагают по центру реактора на расстоянии 1...2 см от дна так, чтобы раствор полностью перемешивался. Из капельной воронки начинают добавлять по каплям раствор аммиака. Вначале скорость капанья составляет около 0,025 мл/с. При появлении помутнения капанье прекращают и перемешивают смесь в течение 5...7 минут. После этого скорость капанья увеличивают до 0,04...0,05 мл/с. Контролируют рН раствора и устанавливают рН синтеза 9,7. После этого доводят объем раствора до 5 литров и перемешивают в течение 2 часов. После истечения времени перемешивания мешалку выключают.

Для созревания осадка гель выдерживают при комнатной температуре в течение 24 часов. Отделяют осадок, декантируя маточный раствор. Оставшееся количество осадка фильтруют через фильтр "синяя" лента. Сушат осадок при влажности 80%, обеспечивая медленное высыхание, в течение трех-шести месяцев. Далее сорбент механически гранулируют, пропуская через сита d=1,0 мм и 0,3 мм. Фракцию 0,3...1,0 мм облучают ультрафиолетовым светом ксеноновой лампой марки ДДС-400 через призменый монохроматор с длиной волны 352 нм или 260 нм в течение 5 минут.

Полученный адсорбент обладает сорбционной емкостью, на 70% большей, чем сорбент, полученный по известному способу (таблица 1).

Таблица 1
Способ	Статическая емкость по ионам иттрия (+3), ммоль/г при исходной концентрации иттрия (+3) 0,1 моль/л
Известный	1,12
Предлагаемый
λ=352 нм	1,85
λ=260 нм	1,91

Пример 2. Получение сорбента на основе геля оксигидрата циркония

100 мл раствора соли оксихлорида циркония с концентрацией 1 моль/л помещают в реактор для синтеза (емкость 5 литров), разбавляют дистиллированной водой до 3 литров. Производят щелочное осаждение оксигидрата иттрия раствором аммиака (ρ=0,095...0,098 г/см³) (1:9) при постоянном перемешивании реакционной смеси. Мешалку располагают по центру реактора на расстоянии 1...2 см от дна так, чтобы раствор полностью перемешивался. Из капельной воронки начинают добавлять по каплям раствор аммиака. Вначале скорость капанья составляет около 0,025 мл/с. При появлении помутнения капанье прекращают и перемешивают смесь в течение 5...7 минут. После этого скорость капанья увеличивают до 0,04...0,05 мл/с. Контролируют рН раствора и устанавливают рН синтеза 9,7. После этого доводят объем раствора до 5 литров и перемешивают в течение 2 часов. После истечения времени перемешивания мешалку выключают.

Для созревания осадка гель выдерживают при комнатной температуре в течение 24 часов. Отделяют осадок, декантируя маточный раствор. Оставшееся количество осадка фильтруют через фильтр "синяя" лента. Сушат осадок при влажности 80%, обеспечивая медленное высыхание, в течение трех-шести месяцев. Далее сорбент механически гранулируют, пропуская через сита d=1,0 мм и 0,3 мм. Фракцию 0,3...1,0 мм облучают ультрафиолетовым светом ксеноновой лампой марки ДДС-400 через призменый монохроматор с длиной волны 352 нм или 260 нм в течение 5 минут.

Полученный адсорбент обладает сорбционной емкостью, на 100% большей, чем сорбент, полученный по известному способу (таблица 2).

Таблица 2
Способ	Статическая емкость по ионам иттрия (+3), ммоль/г при исходной концентрации иттрия (+3) 0,1 моль/л
Известный	0,82
Предлагаемый
λ=352 нм	1,64
λ=260 нм	1,62

Использование предлагаемого способа позволяет получить сорбенты на основе гелей оксигидратов металлов с высокой сорбционной емкостью. Эти сорбенты можно использовать в гидрометаллургии для очистки сточных вод промышленных предприятий и для извлечения металлов из технологических растворов.

1. Способ получения сорбентов на основе оксигидратов металлов, включающий щелочное осаждение геля оксигидрата металла, его созревание, отделение, сушку, гранулирование, отличающийся тем, что осаждают гель оксигидрата иттрия или циркония, а после гранулирования осуществляют облучение ультрафиолетовым монохроматическим излучением при длине волны 260 нм или 352 нм в течение 5 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что облучение осуществляют, используя призменный монохроматор.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве излучателя используют ксеноновую лампу.