Проект РФФИ № 14-03-90101 

Название Проекта Разработка физико-химических принципов формирования новых селективных неорганических и органо-неорганических композитных сорбентов для извлечения уранил-ионов 

Руководитель Авраменко В.А.

Добыча и переработка урановых руд приводит к неизбежному накоплению отходов производства, содержащих радиоактивные изотопы уранового ряда, сопутствующие тяжелые металлы и другие продукты технологического процесса. Находящиеся в хвостохранилищах отходы требуют рекультивации и обеспечения безопасного хранения. Перенос урана и сопутствующих радионуклидов и других продуктов технологического процесса с поверхностными и подземными водами требует поиска новых материалов для геохимических барьеров, обеспечивающих надежность изоляции урансодержащих отходов. Особую роль в переносе урана и сопутствующих радионуклидов играют гуминовые вещества, которые могут как стабилизировать фронт распространения токсичных веществ, так и способствовать распространению их в коллоидной форме. Целями настоящего проекта  являются 1.разработка новых материалов для сорбции ионных форм урана из водных растворов; 2. Разработка новых материалов для поглощения коллоидных форм урана, связанных с гумусовыми веществами; 3. Изучение сорбции как ионных, так и коллоидных форм урана, с оценкой перспектив использования разработанных материалов в качестве геохимических барьеров, предотвращающих распространение токсичных веществ и радионуклидов в окружающей среде.

В рамках проекта был разработан метод темплатного золь-гель синтеза высокопористых неорганических материалов, оригинальность которого заключается в использовании коллоидного темплата, полимерного латекса типа «ядро-оболочка» (промышленная силоксан-акрилатная эмульсия), обеспечивающего формирование упорядоченно пористой структуры в твердом теле. Предложенным методом впервые были синтезированы новые макропористые неорганические материалы (средний размер пор 100-500 нм) на основе моносиликатов кальция и их гумино-модифицированных форм, оксидов железа и их консолидированных (восстановленных) форм, титан/циркониевых оксидных композитов объемного и нанесенного типов, а также гидроксиаппатита. Оптимизированы условия синтеза, в частности экспериментально установлены требуемые режимы термического удаления темплата (температура, газовая среда), которые обеспечивают получение материалов высокого качества, с заданным фазовым составом и бездефектной пористой структурой. Проведен обширный комплекс физико-химических исследований, изучен фазовый и элементный состав, микроструктура, магнитные характеристики (для отдельных систем) полученных материалов, современными методами анализа: РФА, ТГА, СЭМ, РФЭС, ЭДС, БЭТ, ртутная порометрия. Проведена оценка эффективности сорбционных свойств полученных материалов в условиях извлечения уранил-ионов из водных сред. Установлена корреляция между условиями синтеза-составом-структурой-сорбционными свойствами, а также определены основные характеристики, определяющие сорбционную активность исследуемых материалов. Проанализированы и обобщены известные в литературе механизмы селективной сорбции урана(VI) при использовании сорбентов подобного типа. С применением метода рентгеновской-фотоэлектронной спектроскопии изучен механизм и описаны особенности сорбции уранил-ионов железо-оксидными сорбционными системами и их восстановленными формами из водных растворов при различном значении pH (2,5; 4,9; 11). Выявлены основные принципы формирования сорбционных материалов, наиболее перспективных для извлечения урана из природных и технологических вод, а также для применения в геохимических барьерах.

Рисунок 1. Кинетические кривые сорбции уранил-ионов в присутствии различных оксидов железа из водных растворов при различных значениях pH.

Публикации:

1. Папынов Е.К., Портнягин А.С., Чередниченко А.И., Ткаченко И.А., Модин Е.Б., Майоров В.Ю., Драньков А.Н., Сокольницкая Т.А., Жоробекова Ш.Ж., Кыдралиева К.А., Авраменко В.А. Сорбция урана на восстановленных пористых оксидах железа // Доклады Академии наук (принята в печать)

2. Драньков А.Н., Папынов Е.К. Синтез магнитных сорбентов на основе пористых оксидов железа и продуктов термической обработки полиферрофенилсилоксанов для извлечения урана (VI) из водных сред // Материалы региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных по естественным наукам. Владивосток, 15–30 апреля 2015. C. 400-401.

3. Dran'kov A.N., Papynov E.K., Tkachenko I.A., Mayorov V.Yu, Portnyagin A.S., Kvach A.A., Sokol'nitskaya T.A., Avramenko V.A. Templat Sol-Gel synthesis of magnetic sorbents based on porous iron oxides for removal of U(VI) from aqueous media // Abstracts of IX International conference of young scientists on chemistry "Mendeleev-2015". Saint Petersburg, 7-10 of April 2015. P. 35-36.

4. Драньков А.Н., Ткаченко И.А., Портнягин А.С., Майоров В.Ю., Модин Е.Б., Квач А.А., Непомнящий А.С., Сокольницка Т.А., Папынов Е.К., Авраменко В.А. Темплатный синтез макропористых оксидов железа с магнитными и каталитическими свойствами // Материалы IX межрегиональной научно-технической конференция молодых ученых, специалистов и студентов ВУЗов «Научно-практические проблемы в области химии и химической технологий», г. Апатиты 15-17 апреля 2015 г. с.36-40

5. Шичалин О.О.,  Папынов Е.К., Майоров В.Ю., Ткаченко И.А., Кобыляков С.П., Сокольницкая Т.А., Авраменко В.А. Темплатный золь-гель синтез наноструктурированных оксидов железа и магнитных композитов на их основе / Третья международная конференция стран СНГ «Золь-гель синтез и исследование неорганических соединений, гибридных функциональных материалов и дисперсных систем» Тезисы докладов. 8-12 сентября 2014г. г.Суздаль. 2014. ОАО «Издательство «Иваново». – с.148-149 ISBN 978-5-85229-486-9

6. Шичалин О.О., Драньков А.Н.,  Майоров В.Ю., Кобыляков С.П., Ивлев Д.И., Черняев С.И., Сокольницкая Т.А., Папынов Е.К., Авраменко В.А. Синтез наноструктурированных силикатов кальция, относящихся к типу биосовместимой нанокерамики / Химия и химическое образование: 6-й международный симпозиум, 28 сентября – 03 октября 2014г.: Сборник научных трудов. Владивосток: ДВФУ, 2014  ISBN 978-5-7444-3384-0 с.196-197