Природные сорбенты для очистки урансодержащих вод

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №12_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 546.791:[574.63+544.723]

И.У.Мирсаидов, Н.Н.Рахматов, Х.М.Назаров, Ф.Дж.Саломов, академик АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидов

ПРИРОДНЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ УРАНСОДЕРЖАЩИХ ВОД

Агентство по ядерной и радиационной безопасности АН Республики Таджикистан

Изучены сорбционные свойства природных сорбентов (скорлупы ореха, урюка, шишек арчи и сосны) в динамическом режиме. Показана эффективность растительной биомассы в качестве сорбента для очистки урансодержащих вод от урана.

Ключевые слова: урансодержащие воды, уран, сорбция, сорбент, биомасса, сорбционная ёмкость.

Ранее в работах [1-4] нами были изучены сорбционные свойства отдельных видов сырья Таджикистана.

Цель настоящей работы - оценка эффективности природных сорбентов на основе растительного сырья для извлечения урана из урансодержащих шахтных и дренажных вод.

Для очистки урансодержащих (уран - 22.5 мг/л) вод от урана использовали мелко измельчённые фракции (4.0±2.5 мм) скорлупы ореха и урюка, а также шишек сосны и арчи. Лабораторные исследования процесса сорбции проводились в динамическом режиме в широком диапазоне температур и рН среды. Содержание урана на входе и выходе контролировалось химическим анализом.

Провести резкую границу между физической и химической адсорбцией во многих случаях довольно трудно: адсорбция одних и тех же веществ на одном и том же адсорбенте в одних условиях может иметь физический, в других - химический характер. В частности, повышение температуры

снижает физическую, но увеличивает химическую адсорбцию.

Кинетические кривые процесса извлечения урана скорлупой урюка при разных температурах являются доказательством тому, что с повышением температуры увеличивается степень извлечения урана (рис.1). При этом величина энергии активации процесса сорбции составляет 6.16 кДж/моль [1-4].

Рис.1. Зависимости извлечения урана от времени (размер частиц скорлупы урюка 02 мм).

Адрес для корреспонденции: Назаров Холмурод Марипович. 735730, Республика Таджикистан, г. Чкаловск, ул. Калинина, 15, Филиал Агентства по ядерной и радиационной безопасности АН РТ. E-mail: holmurod18@mail.ru

В процессе сорбции величина рН раствора достоверно снижалась. Этот факт, как и вытеснение с поверхности сорбента водорода ионами урана, доказывает ионообменный характер сорбции катионов металлов. Химизм ионного обмена может быть представлен следующей схемой:

Еще одно подтверждение ионообменного характера сорбции катионов урана дает анализ ИК-спектров скорлупы грецкого ореха до и после его контакта с урансодержащей водой (рис.2). Отнесение полос поглощения обобщено в табл.1.

Рис.2. ИК-спектр сорбента, насыщенного ураном, после обжига (Тобж=600°С): а - скорлупа урюка; б - скорлупа грецкого ореха; в - шишки арчи.

Таблица 1

Отнесение полос поглощения

Частота, см-1 Отнесение полос

1610, 1520, 1512 Валентные колебания С=С-групп бензольного кольца

1490, 1440, 1410 Валентные колебания С=С-групп бензольного кольца, деформационные колебания СН2-групп

1371, 1318, 1236 Деформационные колебания С-Н-групп, СН2-, СН3-групп

1098, 1040, 1029 Плоскостные деформационные колебания С-Н-групп дизамещенного бензольного кольца

891, 874, 860 Проявляются валентные колебания связей С-С, С-О и деформационные колебания связей О-Н, С-Н

Отличия от ИК-спектра исходного сорбента невелики: интенсивности полос пропускания, обусловленные валентными колебаниями СН-связей в алифатических цепях, а также наличие ОН-групп практически не меняются. Интенсивность пропускания С=О-группы также практически не изменилась по сравнению с ИК-спектром исходного сорбента, но её положение сместилось. Смещение произошло в низкочастотную область 1620.5 см-1, что по литературным данным свидетельствует об ионизации функциональной группы и замещении иона водорода на ион металла.

Изучение сорбционной ёмкости сорбентов из растительного сырья показывает, что шишки арчи обладают большой сорбционной ёмкостью (рис.3).

Однако время насыщения сорбента из шишек арчи (90 дней) намного больше, чем для остальных природных сорбентов (табл.2).

№<>н П|Ь0П\щепной шахтной ураигодержапк-й поды, м.1

Рис.3. Зависимость содержания урана на выходе от объёма пропущенной воды через сорбент

из растительного сырья.

Таблица 2

Сравнительная характеристика природных сорбентов

Наименование сорбентов Сорбционная ёмкость материала, кг Время насыщения ураном, Объём урана при 90-дневном насыщении,

сутки кг

Шишки арчи 10 90 10.0

Шишки сосны 6.5 50 11.7

Скорлупа ореха 3.2 25 11.5

Скорлупа урюка 1.5 12 11.3

Анализ данных показал, что скорлупа урюка за один тот же период времени (90 дней) превосходит перечисленные выше природные сорбенты.

Проведено сравнение эффективности биосорбентов для очистки урансодержащих вод от соединений урана. Показано, что скорлупа урюка является перспективной для очистки урансодержащих вод от урана в широком диапазоне рН водной среды. Это обусловлено наличием крупных плантаций абрикосов (около 11% мировых) в Таджикистане, что создает реальные предпосылки организации производства сорбента в Согдийской области Республики Таджикистан. Положительным фактором использования отходов растительного сырья является не только их дешевизна, но и необходимость избавления от них.

Поступило 23.02.2015 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мирсаидов И.У., Назаров Х.М., Хакимов Н. - Доклады Академии наук Республики Таджикистан, 2007, т.50, №1, с.46-50.

2. Мирсаидов И.У., Назаров Х.М., Баротов Б.Б. - Доклады Академии наук Республики Таджикистан, 2007, т.50, №6, с.532-535.

3. Мирсаидов И.У., Назаров Х.М., Хакимов Н., Ахмедов М.З. - Изв. АН РТ. Отд.физ.-мат., хим., геол. и техн.н., 2009, №2(135), с.63-71.

4. Мирсаидов И.У., Назаров Х.М., Хакимов Н. - Горный журнал, 2011, №12, с.60-62.

И.У.Мирсаидов, Н.Н.Рах,матов, Х.М.Назаров, Ф.Ч,.Саломов, У.М.Мирсаидов

СОРБЕНТИ ТАБИЙ БАРОИ ТОЗА КАРДАНИ ОБ^ОИ УРАНДОР

Агентии амнияти ядрои варадиатсионии Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон

Хосиятх,ои сорбсионии сорбентх,ои табий (пучоки чормагз, зардолу, чалгузаи арча ва са-навбар) дар речаи динамикй омухта шудааст. Самаранокии мусбии биомассаи растаних,о барои тоза кардани обх,ои урандор аз уран ба сифати сорбент муайян карда шудааст. Калима^ои калиди: обуои урандор, уран, сорбсия, сорбент, биомасса, гунцоиши сорбсиони.

I.U.Mirsaidov, N.N.Rakhmatov, Kh.M.Nazarov, F.J.Salomov, U.M.Mirsaidov NATURAL SORBENTS FOR PURIFICATION OF URANIC WATERS

Nuclear and Radiation Safety Agency, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

Sorption properties of natural sorbents (shell of nuts, apricots, cone of archa and pine) in dynamic regime are studied. Biomass vegetable effectiveness as sorbent for purification of uranic waters against uranium is shown.

Key words: uranic waters, uranium, sorption, biomass, sorption capacity.