Ui
ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ
Alirzayeva E.N.
graduate student, Baku State University AZ 1148, Azerbaijan, Baku, Z. Khalilov, 23
SORPTION OF URANIUM (VI) IONS BY SORBENT BASED ON A COPOLYMER OF MALEIC ANHYDRIDE WITH STYRENE MODIFIED WITH 1-(1-METHYLAMINO) PROPAN-2-YL)
THIUREA
Алирзаева Эльнара Нугзари
аспирант, Бакинский государственный университет AZ 1148, Азербайджан, Баку, улица З.Халилова, 23
СОРБЦИЯ ИОНОВ УРАНА (VI) СОРБЕНТОМ НА ОСНОВЕ СОПОЛИМЕРА МАЛЕИНОВОГО АНГИДРИДА СО СТИРОЛОМ, МОДИФИЦИРОВАННЫМ 1-(1-МЕТИЛАМИНО) ПРОПАН-2-
ИЛ) ТИОМОЧЕВИНОЙ
DOI: 10.31618/ESSA.2782-1994.2024.1.104.489 Summary: In this article discusses the results of a study of the concentration of trace amounts of uranium (VI) by a polymeric chelating sorbent with fragments of 1-(1-(methylamino) propan-2-yl) thiourea. Optimal conditions of sorption (pHopt, sorption time - т, influence of ionic strength - д) were determined from the dependence of the sorption capacity (CE, mg / g) on the parameter under study. The sorption capacity of the sorbent (CE) was determined from the saturation curve plotted under optimal sorption conditions. The maximum degree of uranium extraction by sorbents is achieved from solutions with pH 5. Sorption equilibrium is achieved after 2 hours of contact of the solution with the sorbent. With an increase in the concentration of uranyl ion in the solution, the amount of sorbed metal increases and at a concentration of 6-10-3 mol/L it becomes maximum (pH = 5, С = 6-10-3 mol/L, Vgen = 20 ml, msorb. = 0.05 g, CE = 427 mg/g). The detection limits (3ст, n = 20) are 11.2 ng/ml. Was studied the effect of equal concentrations of various mineral acids (HCIO4, H2SO4, HNO3, HCl) on the desorption of uranium (VI) from the sorbent.
Аннотация: В данной статье обсуждаются результаты исследования концентрирования микроколичеств урана (VI) полимерным хелатообразующим сорбентом с фрагментами 1- (1- (метиламино) пропан-2-ил) тиомочевины. Оптимальные условия сорбции (pHopt, время сорбции - т, влияние ионной силы - д) определяли по зависимости сорбционной емкости (СЕ, мг/г) от исследуемого параметра; сорбционную емкость сорбента (СЕ) определяли по кривой насыщения, построенной в оптимальных условиях сорбции. Максимальная степень извлечения урана сорбентами достигается из растворов с pH 5. Сорбционное равновесие достигается через 2 часа контакта раствора с сорбентом. При увеличении концентрации уранил-иона в растворе количество сорбированного металла увеличивается и при концентрации 6-10-3 моль/л становится максимальным (pH=5, С=6-10-3 моль/л, Vgen=20 мл, msorb.=0.05 г, СЕ=427 мг/г). Пределы обнаружения (3ст, n=20) составляют 11.2 нг/мл. Изучено влияние одинаковых концентраций различных минеральных кислот (HCl04, H2SO4, HNO3, HCl) на десорбцию урана (VI) из сорбента. Key words: uranium, sorption, sorbent, concentration, desorption. Ключевые слова: уран, сорбция, сорбент, концентрирование, десорбция.
ВВЕДЕНИЕхарактеристик уже известных за счет введения в
Одним из распространенных методовматрицу сорбента функциональных аналитических
концентрирования микроколичеств элементовгрупп, которые могут взаимодействовать с ионами
является их сорбционное извлечение из растворовметаллов с образованием комплексов, хелатов, или
синтетическими сорбентами. Поэтому получениеионных ассоциатов.
сорбентов на основе синтетических материаловДанная работа посвящена разработке метода
органического и неорганического происхождения -концентрирования и определения следовых
одна из основных задач аналитической химии. Иколичеств урана (VI) в твердой фазе с
разработка на их основе методов концентрированияиспользованием сорбентов, модифицированных
и извлечения микроэлементов всегда актуальна.специфическими органическими реагентами. Методам иммобилизации реагентов на ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ поверхности различных сорбентов и их В работе использовались аналитически чистые
использованию для концентрирования металлов вреагенты. Раствор урана (VI) с концентрацией 0,01
различных объектах посвящен ряд работ [1-8].моль/л готовили растворением образца
Важным направлением в практикеUO2(NO3)2-6H2O в дистиллированной воде [9].
использования синтетических сорбентов являетсяТочная концентрация приготовленного раствора
целенаправленный синтез новых селективныхопределялась комплексонометрическим методом.
сорбентов и улучшение аналитическихРастворы более низкой концентрации готовили
разбавлением исходных растворов. Для создания необходимой кислотности в исследуемых растворах использовали фиксанал HCl, буферные растворы ацетата аммония и NaOH. Ионная сила была создана рассчитанным количеством KCl. Для фотометрического определения урана (VI) в качестве реагента использовали 2,2',3,4-тетрагидрокси-3'-сульфо-5'-хлоразобензол. Реагент синтезирован по методике [10]. Соединения, используемые при синтезе реагентов и сорбентов: пирогаллол, амины, нитрит натрия, минеральные кислоты, хлорид калия, малеиновый ангидрид, стирол аналитической чистоты (закуплены у фирмы «Скерон», расположенной в Москве). Кислотностьисследуемыхрастворов
контролировали с помощью pH-метра «PHS-25» (Америка). Оптическую плотность растворов регистрировали на фотоколориметре КФК-2 (Россия).
Хелатообразующий сорбент на основе сополимера малеинового ангидрида со стиролом был синтезирован и идентифицирован согласно работе [11]. Модификацию сополимера проводили по следующей схеме: порцию сополимера помещали в круглодонную колбу, добавляли водно-органический раствор амина - 1- (1-(метиламино) пропан-2-ил) тиомочевины и формальдегид. Смесь перемешивали в течение одного часа при нагревании. Затем его фильтровали через фильтр «синяя лента» и промывали водным раствором для удаления остатков формальдегида.
Сорбционная способность сорбента исследована в статических условиях. 2 мл 10-2 М раствора урана (VI) добавляют к 50 мг сорбента и оставляют в буферной среде при pH 1-10. Смесь фильтруют и измеряют оптическую плотность при X = 490 нм. Количество урана (VI), остающегося в растворе, определяется на основе зависимости оптической плотности от концентрации, и соответственно рассчитывается количество сорбированных ионов металла.
ИК-спектры сорбента регистрировали на микроскопе LUMOS FT-IR (фирма BRUKER, Германия) в диапазоне частот волн 600-4000 см- 1.
Исследование зависимости сорбции ионов урана (VI) от pH проводилось в статических условиях методом ограниченного объема из раствора с концентрацией 1 • 10-3 моль/л в диапазоне pH 3.0-9.0 с буферными растворами ацетата аммония.
Изотерма сорбции была получена в статических условиях при pH 5.0 (буферный раствор ацетата аммония) из растворов ионов урана (VI) с концентрацией от Ы0-4 до 2.0-10-2 моль/л.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ ИК-спектров показал, что синтезированный сорбент координирован как бидентатный лиганд. Сравнение ИК-спектров сорбента и комплекса, образующегося в фазе сорбента,показывает,чтопри
комплексообразовании наблюдаются сдвиги в частотах колебаний групп в блоках сорбента. На основании сдвигов частот валентных колебаний NH2 и COO- по сравнению со спектрами лигандов был сделан вывод, что в этих соединениях металл координирован с амино- и карбоксильными группами.
Оптимальные условия сорбции элементов (p^m, время сорбции - т, влияние ионной силы - д) определялись по зависимости сорбционной емкости (СЕ, мг/г) от исследуемого параметра; Сорбционную емкость сорбента (СЕ) определяли по кривой насыщения, построенной в оптимальных условиях сорбции.
Зависимость степени извлечения U (VI) от pH растворов с сорбентами представлена на рисунке 1. Максимальная степень извлечения урана сорбентами достигается из растворов с pH 5. Была изучена зависимость сорбции от времени исследования. Результаты исследования показали, что сорбционное равновесие достигается через 2 часа контакта сорбента с металлом. Для всех дальнейших экспериментов время установления сорбционного равновесия составляло 2 часа.
500
СЕ,
400
300
200
100
u
Рис 1. Влияние рН среды на сорбцию урана. тсорб=50 мг, ¥об=20 мл, С=6-10'3 М
Р
Ионная сила раствора существенно влияет на гибкость твердофазной матрицы и состояние функциональных групп аналитического реагента [13]. Поэтому была исследована зависимость аналитического сигнала от концентрации раствора KCl в диапазоне 0.2-1.6 М. Отмечено отрицательное влияние увеличения ионной силы раствора на свойства сорбента, что объясняется экранированием координационно-активных групп ионами электролита [13]. Влияние ионной силы
раствора исследовали фотометрическим методом. Результаты исследования показали, что значительное снижение сорбции металлов происходит из растворов KCl с концентрацией более 0.6 М.
Одним из основных критериев оценки сорбционных равновесий являются изотермы сорбции, определяющие зависимость величины сорбции вещества от его начальной концентрации в растворе. На рис.2. приведена изотерма сорбции урана на сорбенте.
Рис 2. Изотерма сорбции урана (VI) полученным сорбентом.
тсорб=50 мг, V=20 мл, pH= 5
С увеличением концентрации иона уранила в растворе количество сорбированного металла увеличивается и при концентрации 6-10-3 моль/л становится максимальным (рН = 5, Си0|+= 6-10-3 моль/л, Vgen = 20 мл, тсорб. = 0.05 г, СЕ = 427 мг/г).
Исследована возможность десорбции урана (VI) растворами различных минеральных кислот (HCl, HClO4, HNO3, H2SO4). Были получены данные о степени элюирования урана в зависимости от концентрации кислот. Результаты анализа
показали, что хлорная кислота является самым лучшим десорбирующим эльюэнтом.
Предел обнаружения при 3ст, n = 20 [14] равен 11.2 нг/мл. Его можно улучшить, увеличив объем пробы, если экстракция количественная.
Сорбцию ионов урана (VI) исследовали в статическом режиме. Количественное определение урана (VI) проводили по калибровочной кривой. Разработан метод определения урана (VI) в нефтешламах с использованием синтезированного сорбента.
Результаты показали, что хелатный сорбент на основе сополимера малеинового ангидрида со стиролом, синтезированный модификацией 1- (1-(метиламино) пропан-2-ил) тиомочевина в присутствии формальдегида, может быть использован для концентрирования урана. Разработанный метод является более экономичным, быстрым и экологически безопасным по сравнению с [15-17]. Кроме того, установлено, что регенерированный сорбент можно повторно использовать для процессов концентрирования.
Список литературы:
[1]Metilda P, Sanghamitra K, Mary Gladis J, et al. Amberlite XAD-4 functionalized with succinic acid for the solid phase extractive preconcentration and separation of uranium(VI). Talanta. 2005;65(1):192-200. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2004.06.005
[2]Kobuke Y, Tanaka H, Ogoshi H Imidedioxime as a significant component in so-Called amidoxime resin for uranyl adsorption from seawater. Polymer Journal. 1990;22(2): 179-182. https://doi.org/10.1295/polymj.22.179
[3]Fanq-Li F, Zhi Q, Jing B, et al. Rapid removal of uranium from aqueous solutions using magnetic Fe3O4@SiO2 composite particles. Journal of environmental radioactivity. 2012;106:40-46. https ://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2011.11.003
[4]Jian Z, Zhiqiang G, Yuan L, et al. Effect of environmental conditions on the sorption of uranium on Fe3O4@MnO2 hollow spheres. Journal of Molecular Liquids. 2016;223:534-540. https ://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.07.136
[5]Xin L, Hong-ying H, Jun-yi Y, Wen-yu Z Selection of suitable microalgal species for sorption of uranium in radioactive wastewater treatment. Huan jing ke xue= Huanjing kexue. 2016;37(5):1858-1863.
[6]Gunathilake C, Gorka J, Dai S, Jaroniec M Amidoxime modified mesoporous silica for Uranium adsorption under seawater conditions. J. Mater. Chem. A. 2015;3:11650-11659. https://doi.org/10.1039/C5TA02863A
[7]Choi SH, Nho YC Adsorption of UO22+ by polyethylene adsorbents with amidoxime, carboxyl, and amidoxime/carboxyl group. Radiat. Phys. Chem.
2000;57(2):187-193. https://doi.org/10.1016/S0969-806X(99)00348-5
[8]Ali AH, Nouh E Rhodamine-B modified silica for uranium(VI) extraction from aqueous waste samples. Separation Science and Technology. 2019;54(4):602-614.
https://doi.org/10.1080/01496395.2018.1512620
[9]Коростелев П.П. Приготовление растворов для химико-аналитических работ. М.: Наука; 1964. [Korostelev PP Prigotovlenie rastvorov dlja himiko-analiticheskih rabot. Moscow: Nauka; 1964. (In Russ).]
[10]Гамбаров Д.Г. Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук. М.: МГУ; 1984. [Gambarov DG Dissertacija na soiskanie uchenoj stepeni doktora himicheskih nauk. Moscow: Moscow State University; 1984. (In Russ).]
[11]Алиева Р.А., Гамидов С.З., Чырагов Ф.М. Исследование сорбции Zn (II) химически модифицированным синтетическим сорбентом. BU Xabarbri. 2007. 2. C.28-34. [Alieva RA, Gamidov SZ, Chyragov FM Issledovanie sorbcii Zn (II) himicheski modificirovannym sinteticheskim sorbentom. BU Khabarlari. 2007;2:28-34. (In Russ).]
[12]Корреляции и прогнозирование аналитических свойств органических реагентов и хелатных сорбентов. Под ред. д.х.н. Н.Н. Басаргина, д.х.н. Э.И. Исаева. М.: Наука; 1986. [ Korreljacii i prognozirovanie analiticheskih svojstv organicheskih reagentov i helatnyh sorbentov. Edited by d.c.s. Basargin NN, d.c.s. Isaev JI. Moscow: Nauka; 1986. (In Russ).]
[13]Мельник Т.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Воронеж: УГЛТУ; 2005. [Mel'nik TA Dissertacija na soiskanie uchenoj stepeni kandidata himicheskih nauk. Voronezh: UGLTU; 2005. (In Russ).]
[14]Основы аналитической химии. Под ред. Золотова Ю. А. М.: Высшая школа; 1999. Т. 1. [Osnovy analiticheskoj himii. Edited by Zolotov JA. Moscow: Vysshaja shkola; 1999. V.1. (In Russ).]
[15]Khalili F, Al-Banna Gh Adsorption of uranium(VI) and thorium(IV) by insolubilized humic acid from Ajloun soil - Jordan. Journal of environmental radioactivity. 2015;146(8):16-26. https://doi.org/10.1016/jjenvrad.2015.03.035
[16]Singhal RK, Basu H, Pimple MV Spectrosscopic determination of U(VI) spesied sorbed by the Chlorella (Chlorella pyrenoidosa) fresh water alge. Journal of radioanalytical and nuclear chemistry. 2013;298(1),587-592.
[17]Hosseini-Bandegharaei A, Sarwghadi M, Heydarbeigi A, et al. Solid phase Extraction of trace amounts of uranium(VI) in environmental water samples using an extractant impregnated resin followed by detection with UV-Vis Spectrophotometry. Journal of chemistry. 2013. ID 671564. http://dx.doi.org/10.1155/2013/671564
