Состав экстракционно-хроматографического материала для селективного извлечения мo-99 из облученного уранового топлива

Настоящее изобретение относится к области химической технологии радиоизотопа Mo-99 медицинского назначения. Сущность: состав включает в качестве комплексообразующего компонента соединения формулы (I), где R представляет собой алкил C₁-C₁₂, в процентном содержании от 1 до 99%, а остальное полимерная матрица - макропористый сферический гранулированный сополимер стирола с дивинилбензолом марки LPS-500 с размером гранул 40-200 мкм. Технический результат - повышение сорбционной способности относительно Mo-99. 2 ил.

 

Изобретение относится к области химической технологии производства радиоактивных изотопов медицинского назначения. Mo-99 представляет интерес в качестве прекурсора радиоизотопа Tc-99, который широко используется в мировой системе здравоохранения для диагностики и лечения ряда заболеваний.

В настоящее время основным источником Mo-99 является облученное урановое топливо. Высокая радиоактивность растворов, получаемых при его переработке, выдвигает ряд специфических требований к методам селективного выделения содержащихся в них компонентов. В наибольшей степени этим требованиям соответствует метод экстракционной хроматографии с применением сорбционных материалов (сорбентов) различных типов. Известные сорбенты далеко не всегда обладают необходимыми характеристиками, поэтому разработка новых и высокоэффективных экстракционно-хроматографических сорбционных материалов представляет несомненный интерес.

Изобретение относится к составам сорбционных материалов, получаемых путем нанесения (импрегнации) селективных комплексообразующих соединений на органические и неорганические матрицы.

Целью заявляемого изобретения является повышение избирательности выделения Mo-99 из азотнокислых растворов, получаемых путем растворения облученного уранового топлива в азотной кислоте. Кроме Mo-99 эти растворы содержат технеций, торий, уран, нептуний, плутоний и некоторые осколочные элементы.

Наиболее близкими аналогами по свойствам к предлагаемому техническому решению являются сорбенты марки «Термоксид» - неорганические сферические гранулированные материалы на основе гидратированных оксидов циркония, титана и олова. Например, описан пример использования данных сорбентов для выделения Mo-99 из сернокислых сред [Н.Д. Бетенеков, Е.И. Денисов, Т.А. Недобух, Л.М. Шарыгин. Генератор 99mTc на основе неорганических сорбентов марки «Термоксид» Патент США №6337055 от 08.02.2002.] К недостаткам данного примера использования сорбентов марки «Термоксид» является использование сернокислых растворов урана, что из-за проблем коррозии накладывает существенные ограничения по применению данного способа в радиохимическом производстве с оборудованием из нержавеющей стали.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является пример использования сорбента марки «Термоксид Т-5» для выделения Mo-99 из азотнокислых сред [С.И. Ровный, М.В. Логунов, Ю.А. Ворошилов, Н.Д. Бетенеков, Е.И. Денисов, Л.М. Шарыгин, К.В. Бугров, В.Б. Никипелов Способ получения концентрата радионуклида Молибден-99 Патент РФ 2288516 от 25.04.2005]. Этот пример выбран нами в качестве прототипа. Недостатком использования данного сорбента для выделения Mo-99 является растворимость сорбента «Термоксид Т-5» в разбавленной азотной кислоте, необходимость коррекции состава исходного раствора и низкая селективность выделения Mo-99 в присутствии технеция, тория, урана, нептуния, плутония и некоторых осколочных элементов, в результате не всегда удается получать концентрат Mo-99 необходимого качества.

Задача повышения избирательности выделения Mo-99 из азотнокислых растворов решается тем, что предложен состав нового экстракционно-хроматографического материала импрегнированного типа для селективного экстракционно-хроматографического извлечения Mo-99 из облученного уранового топлива, включающий в качестве комплексообразующего компонента соединения формулы (I), где R представляет собой алкил C₁-C₁₂, с процентном содержании от 1 до 99% а остальное составляет полимерная матрица - макропористый сферический гранулированный сополимер стирола с дивинилбензолом марки LPS-500 с размером гранул 40-200 мкм.

Сравнительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что в заявляемом техническом решении для селективного выделения Mo-99 используется сорбционный материал иного типа - включающий в качестве комплексообразующего компонента соединение I и макропористый сферогранулированный сополимер стирола с дивинилбензолом марки LPS-500, а не сферогранулированный материал на основе гидратированных оксидов циркония, титана и олова).

Синтез 1,5-Бис[2-(оксиэтоксифосфорил)-4-(этил)фенокси-3-оксапентана, структура которого описывается формулой I при R=Et осуществлен нами ранее [Патент РФ №2391349 на изобретение РФ 1,5-Бис[2-(оксиэтоксифосфорил)-4-(этил)фенокси-3-оксапентан в качестве лиганда для избирательного извлечения Тория(IV) в ряду Урана(VI) и Лантана(Ш) из азотнокислых сред / Цивадзе А.Ю., Баулин В.Е, Баулин Д.В., Тананаев И.Г., Сафиулина A.M. Заявл. 03.12.2008 опубликовано 10.06.2010 (Б.И. №16)]

Следующие примеры иллюстрируют изобретение.

Методика получения заявляемого экстракционно-хроматографического материала.

Раствор, полученный путем растворения 3.0 г 1,5-Бис[2-(оксиэтоксифосфорил)-4-(этил)фенокси-3-оксапентан 45 мл хлороформа быстро добавляют к суспензии, содержащей 7.0 г сополимера стирола с дивинилбензолом марки LPS-500 с размером сферических гранул 100-150 мкм и 50 мл хлороформа. Полученную смесь перемешивают на магнитной мешалке 1 ч, затем переносят в круглодонную колбу и удаляют растворитель в вакууме на роторном испарителе. Остаток переносят в фарфоровую чашку и сушат до постоянного веса при комнатной температуре. Выход сорбента 10.0 г (100%).

Сорбционные характеристики заявляемого сорбента по отношению к Mo-99 и ряду сопутствующих элементов (Th(IV), U(VI), Np(IV) и Pu(IV) исследовали методом фронтальной экстракционной хроматографии при различных концентрациях HNO₃. Для определения динамических коэффициентов распределения анализируемых элементов полученные фронтальные выходные кривые обрабатывались по методу описанному в [Браун Т., Герсини Г. Экстракционная хроматография. М.: Мир.: - 1978. 615 с.]. Динамические коэффициенты распределения (Dw) извлекаемых элементов кривой рассчитывались по формуле:

$$D=\frac{V_{\mathrm{0,5}C0}}{m_{э}}$$

Где: V_0.5 - масса раствора, пропущенного через сорбент до половинного проскока, г;

m_э - масса сорбента в колонке, г.

Полученные значения динамических коэффициентов распределения для Mo(VI), Th(IV), U(VI), Np(IV), Pu(IV) на заявляемом сорбенте представлены в виде графической зависимости Dw от концентрации азотной кислоты 1 - Mo(VI), 2 - Th(IV), 3 - U(VI), 4 - Np(IV), 5 - Pu(IV). Состав сорбента: 15.5% соединения I; масса сорбента 300 мг; размер гранул сорбента 150-200 мкм; массовая концентрация элементов: 20-80 мг/л. (фиг.1).

На основании этих данных можно сделать вывод, что различия в значениях динамических коэффициентов распределения Mo(VI), Th(IV), U(VI), Np(IV), Pu(IV) в интервале концентраций азотной кислоты 3.5-6.0 позволяют осуществить практическое отделение молибдена от сопутствующих элементов на заявляемом сорбенте.

Сравнение сорбционной способности заявляемого сорбента с прототипом (сорбентом марки «Термоксид-Т-5» проведено на основании фронтальных выходных кривых для Мо(VI). Зависимость 1 получена для 600 мг сорбента «Термоксид Т-5»; размер гранул сорбента 150-200 мкм; зависимость 2 для 580 мг заявляемого сорбента содержащего 33% соединения I; размер гранул сорбента 150-200 мкм. В обоих случаях диаметр хроматографической колонки составлял 4.6 мм; скорость потока - 1 мл/мин; состав раствора - 50 мг/л Mo в 1 М азотной кислоте (фиг.2).

По вышеприведенной формуле были вычислены значения D_w для заявляемого сорбента и прототипа, значения которых составили 58.62 и 26.66 соответственно. Следовательно, по величине динамического коэффициента распределения молибдена заявляемый сорбент более чем в два раза превосходит сорбента марки «Термоксид Т-5».

Состав экстракционно-хроматографического материала импрегнированного типа для селективного экстракционно-хроматографического извлечения Mo-99 из облученного уранового топлива, включающий в качестве комплексообразующего компонента соединения формулы (I), где R представляет собой алкил C₁-C₁₂, в процентном содержании от 1 до 99%, а остальное составляет полимерная матрица - макропористый сферический гранулированный сополимер стирола с дивинилбензолом марки LPS-500, с размером гранул 40-200 мкм