Слоистый двойной гидроксид, интеркалированный ГМДТА, – комплексообразующий сорбент для извлечения U(VI) из водных сред
Кобец С. А., Пузырная Л. Н., Пшинко Г. Н., Косоруков А. А., Институт коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думанского Национальной академии наук Украины, Киев, Украина
Отстаивание, фильтрация, коагуляция, флотация, биологическая очистка не обеспечивают удаление из воды многих примесей, что обусловливает необходимость применения сорбционной доочистки. Как правило, эта стадия является заключительной в технологическом процессе очистки водных сред. В зависимости от дозы и природы сорбента можно удалять чрезвычайно широкий спектр загрязняющих веществ практически до любой остаточной концентрации. Особенно перспективно создание сорбентов, содержащих известные комплексообразующие реагенты, в том числе используемые в процессах очистки воды.
Один из наиболее трудноизвлекаемых и токсичных радиоактивных элементов — U(VI), что связано с его высокой склонностью к комплексообразованию с лигандами природного и техногенного происхождения. Характерная особенность таких соединений U(VI) — повышенная миграционная способность в водных средах, обусловленная образованием растворимых анионных комплексов, например карбонатных (UO2(CO3)22− и UO2(CO3)34−) и фульватных.
Цель работы — исследование возможности применения комплексообразующего сорбента на основе слоистого двойного гидроксида (СДГ), интеркалированного гомологом ЭДТА с n = 6 (гексаметилендиаминтетрауксусной кислотой), — [Zn4Al2(OH)12]·ГМДТА·8Н2О (ZnAl–ГМДТА) для извлечения U(VI) из водных сред.
В работе использован синтезированный сорбент ZnAl–ГМДТА, поскольку карбоксилсодержащие комплексоны алифатического ряда — наиболее распространенные хеланты. Ранее нами показано, что СДГ, интеркалированный этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА), полученный в атмосфере азота из прекурсора [Zn4Al2(OH)12]·Сl2·nН2О, — один из наиболее эффективных и недорогих синтетических сорбентов для извлечения из водных сред катионных и (что особенно важно) анионных форм U(VI). Это позволяет рекомендовать его для практического использования. Показано, что повышение концентрации гидрокарбонат- и карбонат-ионов практически не влияет на степень извлечения U(VI) из сточных вод с рН = 8, что обусловлено его прочным связыванием с анионами ЭДТА в межслоевом пространстве слоистых двойных гидроксидов.
Из литературы известно, что увеличение длины полиметиленовой цепочки в гомологах ЭДТА при n ≥ 6 способствует как снижению вероятности замыкания циклов, так и повышению специфичности комплексона, которая проявляется, например, в повышении относительной устойчивости комплексов с серебром, ртутью, палладием. Это обусловлено, вероятно, тем, что больший по размеру цикл с минимальным напряжением удовлетворяет стремление к транс-расположению атомов азота в координационной сфере катиона. Именно поэтому использование комплексонов с различным числом метиленовых групп способствует повышению селективности комплексообразования. Вместе с тем невыгодность замыкания циклов с большим числом метиленовых сегментов повышает тенденцию к формированию при избытке катиона биядерных комплексонатов с равноценно связанными катионами. При этом полиметилендиаминовий фрагмент играет роль мостика.
Увеличение количества метиленовых сегментов по-разному влияет на устойчивость некоторых металлов. Возможно снижение устойчивости с последующим повышением за счет образования линейной связи между ионом металла и атомом азота N–Me–N, поскольку в процессе циклообразования стереохимические требования ионов металла играют менее важную роль, чем стереохимические свойства лиганда. Учитывая вышесказанное, мы получили комплексообразующий сорбент, интеркалированный комплексономс шестью метиленовыми сегментами.
Ионную силу растворов І = 0,01 устанавливали с использованием NaClO4. Сорбцию U(VI) проводили из модельных растворов и сточных (шахтных) вод в статических условиях при непрерывном встряхивании на протяжении 1 ч. Объем водной фазы 50 см3, навеска сорбентов 0,025–0,300 г. Исходная концентрация U(VI) в модельном растворе 100 мкмоль/дм3. Шахтная вода содержала уран в количестве 0,85 мг/дм3. Для повышения надежности определения его концентрации после сорбционной очистки в исходную шахтную воду дополнительно вводили U(VI) в количестве 100 мкмоль/дм3. Минерализация шахтной воды 1,5 г/дм3, рН ≈ 8. После установления адсорбционного равновесия водную фазу отделяли центрифугированием (5000 об/мин) и спектрофотометрическим методом с применением арсеназо ІІІ (λ=656 нм) определяли в ней равновесную концентрацию U(VI).
С использованием модельной водной среды с I = 0,01 исследована зависимость от рН величины сорбции U(VІ) на образце сорбента с интеркалированным ГМДТА (рис. 1).
Рис. 1. Влияние рН на сорбцию U(VI) ZnAl–ГМДТА
Рисунок 2 позволяет сравнить эффективность извлечения соединений U(VI) из сточной воды сорбентами ZnAl–ГМДТА и ZnAl–ЭДТА.
Рис. 2. Эффективность извлечения соединений U(VI) из сточной воды сорбентами ZnAl–ГМДТА и ZnAl–ЭДТА
Таким образом, в работе показана перспективность применения исследованных сорбентов для извлечения соединений U(VI) в широком диапазоне рН из водных сред, в том числе с повышенным солесодержанием. Даже при относительно больших концентрациях U(VI) в растворе (до 100 мкмоль/дм3) эффективность очистки воды сорбентами на основе СДГ, интеркалированных как ЭДТА, так и ГМДТА, достаточно высока. Однако при снижении дозы сорбента эффективность ZnAl–ГМДТА падает заметнее, чем ZnAl–ЭДТА, что обусловлено устойчивостью соответствующих комплексонатов U(VI) в растворе.
Layered Double Hydroxide Intercalated by HMDTA as a Complexing Sorbent for U(VI) Extraction from Aqueous Media
Kobets S. A., Puzyrnaya L. N., Pshinko G. N., Kosorukov A. A., A. V. Dumanskiy Institute of Colloid and Water Chemistry, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine
The possibility to use zinc-aluminum layered double hydroxide intercalated by HMDTA of general formula [Zn4Al2(OH)12]·HMDTA·8Н2О to extract U(VI) from water is shown.
Кобец Светлана Алексеевна, канд. хим. наук, науч. сотр., отдел аналитической и радиационной химии, Институт коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думанского НАН Украины, б-р Акад. Вернадского, 42, Киев-142, 03680, Украина. Тел. +38 (044) 424-33-89. E-mail
Пузырная Любовь Николаевна, аспирантка, отдел аналитической и радиационной химии, Институт коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думанского НАН Украины, б-р Акад. Вернадского, 42, Киев-142, 03680, Украина. Тел. +38 (044) 424-33-89. E-mail
Пшинко Галина Николаевна, д-р. хим. наук, ст. науч. сотр., зав. отделом аналитической и радиационной химии, Институт коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думанского НАН Украины, б-р Акад. Вернадского, 42, Киев-142, 03680, Украина. Тел. +38 (044) 424-33-89. E-mail
Косоруков Александр Александрович, канд. хим. наук, cт. науч. сотр., отдел аналитической и радиохимии, Институт коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думанского НАН Украины, б-р Акад. Вернадского, 42, Киев-142, 03680, Украина. Тел. +38 (044) 424-33-89.