Проект РФФИ Исследование механизмов и физико-химических особенностей сорбции цезия на фенолоальдегидных смолах № 12-03-31687

2012–2013 гг.

Получена серия образцов резорцинформальдегидных смол (РФ-смол) резольного типа, сорбционно-селективные свойства которых зависят от типа используемого катализатора. Наилучшими сорбционно-селективными характеристиками с высокоминерализованных растворах с высоким содержанием ионов натрия обладают РФ-смолы, полученные с использованием KOH (рис. 1а).

В щелочных растворах с высоким содержанием ионов калия (0.25 моль×дм^-3) наибольшей эффективностью обладает РФ-смола, полученная я с использованием RbOH (рис. 1б). Спектры ЯМР ¹³³Cs для данного образца содержат две компоненты, указывающие на наличие сорбционных центров двух различных типов в отличие от РФ-смол, полученных с использованием KOH (рис. 2). В условиях повышенного конкурирующего действия ионов калия сорбционные центры второго типа обеспечивают высокие сорбционно-селективные характеристики РФ-смолы, для синтеза которой использовали RbOH.

Рис. 1 Кинетические кривые сорбции Cs-137 РФС-смолами, полученными с использованием KOH, RbOH и CsOH; а – раствор NaNO₃, б – раствор KNO₃   

 
Рис. 2 Изменение интенсивности спектров ЯМР ¹³³Cs в зависимости от содержания цезия в РФ-смоле (ммоль×г^-1); а – РФ-смола, полученная с использованием КОН, б – РФ-смола , полученная с использованием RbОН
 
Высокой осмотическое давление РФ-смолы является наиболее вероятной причиной высокой селективности к ионам цезия в присутствии ионов натрия или калия. В высокоминерализованных водных растворах с высоким содержанием высоко гидратированных ионов натрия или калия происходит их сорбция, сопровождающееся ростом осмотического давления РФ-смолы. В результате наиболее предпочтительным процессом становится сорбция слабо гидратированных ионов цезия, что сопровождается снижением осмотического давления РФ-смолы. Предложенный механизм подтверждается тем фактом, что при гидрофобизации РФ-смол газообразным фтором высокой чистоты возрастают их сорбционно-селективные характеристики (рис. 3).

 
Рис. 3 Кинетические кривые сорбции Cs-137 РФ-смолами, раствор: NaNO3 – 250 г×дм^-3, рН 11-13

 
Длительная экспозиция на РФ-смолы высокощелочных растворов сопровождается снижением их

сорбционно-селективных характеристик. Причиной изменения сорбционных характеристик РФ-смол является их окислительная деполимеризация, что подтверждается спектрами ЯМР ¹³С (Рис. 4). Устойчивость РФ-смол может быть повышена добавкой глутарового альдегида. Обнаружено, что введение раствора глутарового альдегида в реакционную смесь в соотношении 1 : 2 значительно повышает устойчивость РФ-смолы (рис. 5).

 
 Рис. 4 Спектры ЯМР ¹³C исходной РФ смолы (1) и смолы, подвергнутой действию NaOH (2), H₂O₂ (3), NaOH+H₂O₂ (4).

 
 
Рис. 5 Кинетические кривые сорбции радионуклида Cs-137 РФ-смолами с добавками глутарового альдегида (ГА) различной концентрации
 

Публикации

1. Егорин А.М., Тутов М.В., Слободюк А.Б., Авраменко В.А. Устойчивость резорцинформальдегидных смол в щелочных средах // Радиохимия, 2014, №2, т.56, С156–160.

2. А.М.Егорин, М.В.Тутов, А.Б.Слободюк, В.А.Авраменко Физико-химические особенности сорбции 137Cs резорцинформальдегидными смолами (РФС) / Современные проблемы экологии: тезисы докладов VII Междунар. научн.-техн. Конференции под общ. Ред. В.М.Панарина. – Тула: Изд-во «Инновационные технологии», 2013. – С. 119–124. – 146 с. ISBN 978- 5-905762-06-2.

3. А.М.Егорин, В.А.Авраменко, М.В.Тутов, А.Б.Слободюк Исследование устойчивости резорцинформальдегидных смол в щелочных средах Материалы научной конференции. Санкт-Петербург 03-06 июня 2013 г. Часть 2. – Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2013. С. 38–39. - 201 с. ISBN 978-5-905762-06-2.