Удаление U(VI) из разбавленных водных систем путем сорбции

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 16951 (2022) Цитировать эту статью

847 Доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

Наследие прошлой деятельности по добыче и переработке урана для изготовления ядерного топлива продолжает вызывать беспокойство и требует оценки и мер по исправлению ситуации со стороны исследователей во всем мире. Сброс загрязненной ураном воды в окружающую среду является предметом регулирования (Всемирная организация здравоохранения, ВОЗ — 15 мкг/л, законодательство Румынии, RO — 21 мкг/л), окружающей среды и здоровья. Поэтому широкое распространение получили различные технологии удаления U(VI) из разбавленных водных растворов, включающие химическое осаждение, ионный обмен, адсорбцию, иммобилизацию на наночастицах нуль-валентного железа и т.д. В наших предыдущих исследованиях изучалось удаление U(VI) из разбавленных водных систем, таких как шахтные воды, с использованием наноматериалов на основе Fe0, синтезированных в лаборатории (NMS) (Crane et al., Water Res 45:2391–2942, 2011). Богатую карбонатами водную систему обрабатывали NMS для удаления U(VI). Было замечено, что через полчаса реакции было удалено только около 50% из-за его высокой склонности к образованию стабильных растворимых карбонатных комплексов. Учитывая это, настоящая статья направлена ​​на исследование метода сорбции/флотации с использованием сорбента, образующегося in situ Fe2O3·nH2O, и поверхностно-активного вещества олеата натрия для удаления U(VI) из разбавленных водных систем и обновления знаний о механизме процесса. Для определения эффективности удаления U(VI) были изучены влияющие факторы: pH, доза сорбента, концентрация ПАВ, время контакта, скорость перемешивания, концентрация U(VI), давление воздуха в водоприемнике под давлением и влияние некоторых сопутствующих ионов тяжелых металлов (Cu(II), Cr(VI) и Mo(VI)). Контролировался коэффициент удаления (%R), и его максимальные значения позволили установить оптимальные параметры разделения (установленные параметры процесса), которые были подтверждены на реальных пробах шахтных вод (МВ). Были получены высокие эффективности удаления U(VI) %R > 98%. Метод сорбции/флотации был применен для удаления U(VI) из двух типов проб реальной шахтной воды, а именно «простой» и «предварительно обработанной NMS» соответственно. Для проб шахтной воды, предварительно обработанных NMS, он работал в двух вариантах: с коррекцией pH и без нее. Для диапазона pH = 7,5–9,5, мольные соотношения [U(VI)] : [Fe(III)] = 1 : 75, [U(VI)] : [NaOL] = 1 : 1 × 10–2, время контакта 30 мин., скорость перемешивания 250 об/мин, начальная концентрация U(VI) 10 мг·л-1, давление воздуха в водоприемнике под давлением p = 4 × 105 Н·м-2, получено %R > 98%. Было обнаружено, что сорбция / флотация может функционировать с хорошими значениями %R как отдельная операция или в тандеме с предварительной обработкой шахтных вод NMS и регулированием pH, что доказало свою высокую эффективность (CU(VI) < 1·10– 3 мг·л-1).

Радиоактивное загрязнение окружающей среды, вызванное гидрометаллургической переработкой урановых руд, а также перекрестное загрязнение, вызванное другими тяжелыми металлами, используемыми в этой промышленности, по-прежнему остается проблемой для ученых и серьезной угрозой для здоровья людей во всем мире2,3,4. Шахтные воды, образующиеся в результате погодных явлений, являются важным радиоактивным загрязнителем и мобилизуют значительные количества U(VI) в дополнение к другим сопутствующим тяжелым металлам, таким как Cu (II), Cr (III + VI) и Mo (VI) и следовательно, необходимы высокоэффективные технологии восстановления3,5. К сожалению, развитые технологии ремедиации, такие как комплексообразующие процессы6, соосаждение7,8,9,10, окислительно-восстановительные реакции9, ионный обмен11,12, экстракция растворителем13,14, адсорбция на различных материалах15,16,17,18,19, биоремедиация20,21 и иммобилизация на наноматериалах5,18,22,23,24,25,26 имеет определенные преимущества и недостатки. Одним из примеров конкретных преимуществ является разработка новых сорбентов с измененными свойствами, которые предлагают множество улучшенных применений, включая селективность. В случае удаления урана из водного раствора можно отметить некоторые исследования с этой целью. Хитозан сшит глутаровым альдегидом в присутствии магнетита. Смола была химически модифицирована посредством реакции с тетраэтиленпентамином (ТЭПА) для получения хитозана, содержащего амины. Эта смола показала более высокое сродство к поглощению ионов UO22+ из водной среды27. Хитозановый композит Шиффа на основе магнитных свойств. Эта композиция показала высокое сродство и быструю кинетику сорбции ионов UO22+28. Магнитные наночастицы хитозана, функционализированные прививкой диэтилентриамина (ДЭТА) и дитизона, для улучшения сорбции U(VI) при pH около 529. Фосфорилирование гуаровых смол в сочетании с хитозаном позволяет получить эффективный сорбент для удаления U(VI) из слабокислых растворов. Кроме того, фосфорилирование нанокомпозитов гуаровой камеди/магнетита/хитозана оказывает антибактериальное действие как против Gram+, так и против Gram- бактерий30. Еще одним интересным новым сорбентом для U(VI) являются шарики кремнезема, функционализированные полимерами на основе мочевины или тиомочевины31. Примерами недостатков являются химические методы, ионный обмен и экстракция растворителем. Они обладают высокой эффективностью при очистке стоков, содержащих большое количество загрязняющих веществ, но непомерно высоки при очистке разбавленных водных систем (10–3–10–6 М растворы).