способ получения ферроцианидсодержащего сорбента

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОЦИАНИДСОДЕРЖАЩЕГО СОРБЕНТА, включающий обработку пористого кремнеземсодержащего материала раствором соли переходного металла, а затем подкисленным раствором ферроцианида калия, отличающийся тем, что перед обработкой соли переходного металла материал обрабатывают раствором аммиака.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут по крайней мере в две стадии в двух аппаратах, заполненных материалом, при этом на первой стадии растворы после первого аппарата подают во второй аппарат, после чего материал из первого аппарата выгружают и загружают аппарат новой порцией материала, а на второй стадии растворы пропускают вначале через второй аппарат, затем через первый, после чего материал из второго аппарата выгружают и загружают его новой порцией материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии, в частности к технологии синтеза неорганических сорбентов, и может быть применено для получения селективного к цезию ферроцианидсодержащего ионообменника. Этот сорбент можно использовать, в частности, для очистки жидких радиоактивных отходов атомных электростанций.

Известен способ получения композиционного ферроцианидсодержащего сорбента, включающий последовательную обработку пористого неорганического сорбента аммиачным раствором соли переходного металла и подкисленным раствором ферроцианида калия.

В этом способе в качестве пористого неорганического сорбента используют силикагель.

Недостатком способа является снижение коэффициента распределения цезия при низком солесодержании очищаемых растворов из-за пептизации ферроцианида никеля на матрице, в состав которой не входят компоненты, подавляющие пептизацию.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения ферроцианидсодержащего сорбента, включающий последовательную обработку в фильтре пористой неорганической матрицы раствором соли переходного металла и подкисленным раствором ферроцианида калия.

В этом способе обработку неорганической матрицы (алюмосиликата) проводят аммиачным раствором соли переходного металла, т.е. фактически раствором аммиаката соответствующего переходного металла. В результате химической сорбции аммиаката переходного металла на силикагеле и последующего взаимодействия с ферроцианидом калия образуются комплексные соединения, избирательно взаимодействующие с ионами цезия.

Наличие в матрице алюминия способствует подавлению пептизационных процессов.

Недостатком этого способа является то, что для получения аммиаката никеля раствор соли переходного металла должен содержать избыток аммиака. Кроме того, при снижении концентрации аммиака велика вероятность нежелательного выпадения мелкокристаллического осадка гидролизованных форм солей никеля в объеме фильтра.

Таким образом, в этом способе имеет место неэффективный расход аммиака и создаются условия, когда ионы аммиака являются конкурентами ионам никеля при образовании комплекса с силанольными группами.

Задачей изобретения является повышение обменной емкости сорбента, экономия реагентов и сокращение количества отходов.

Для решения этой задачи в способе получения ферроцианидсодержащего сорбента, включающем последовательную обработку в фильтре пористой неорганической матрицы раствором соли переходного металла и подкисленным раствором ферроцианида калия, перед обработкой неорганической матрицы раствором соли переходного металла матрицу переводят в аммиачную форму пропусканием через нее раствора аммиака.

Способ можно проводить в две стадии и использовать дополнительно второй фильтр с загрузкой из пористой неорганической матрицы, причем на первой стадии фильтраты растворов аммиака, соли переходного металла и ферроцианида калия пропускать через второй фильтр, а на второй стадии через второй фильтр пропускать растворы аммиака, соли переходного металла и ферроцианида калия, при этом фильтраты этих растворов пропускать через первый фильтр, который предварительно заполнить свежей загрузкой неорганической матрицы.

При таком выполнении способа соль переходного металла образует с переведенной в аммиачную форму матрицей такие же комплексы, как и в способе-прототипе. Однако, избыточного после перевода матрицы в аммиачную форму количества свободных ионов аммония недостаточно для образования аммиаката переходного металла, например никеля, но достаточно для создания щелочной среды, за счет чего в непосредственной близости от поверхности пор происходит гидролиз солей никеля и выпадение гидролизованных форм никеля на внутренней поверхности пор сорбента, которые удерживаются за счет адгезионных сил.

Таким образом, осуществление предлагаемого способа обеспечивает повышение обменной емкости сорбента, экономию аммиака за счет возврата фильтрата раствора аммиака после второго фильтра в исходный раствор и экономию солей за счет наличия второго фильтра, что также сокращает количество отходов.

Предлагаемый способ получения ферроцианидсодержащего сорбента реализуют по схеме, приведенной на чертеже, следующим образом.

На первой стадии фильтры 1 и 2 заполняют неорганической матрицей (силикагелем или алюмосиликатом с высоким содержанием кремния). Через фильтр пропускают концентрированный раствор аммиака, фильтрат направляют на фильтр 2 и возвращают в емкость 3 с исходным раствором аммиака. Раствор соли переходного металла из емкости 4 пропускают последовательно через фильтры и фильтрат собирают в осадительном баке 5. Фильтры промывают несколькими объемами дистиллированной воды, затем последовательно обрабатывают подкисленным раствором ферроцианида калия из емкости 6. Фильтрат после фильтра 2 также собирают в осадительном баке 5, после этого фильтры дренируют и промывают дистиллированной водой. Сорбент в фильтре 1 готов к работе и его выгружают. Фильтр 1 заполняют свежей загрузкой неорганической матрицы. Загрузка фильтра 2 только частично переведена в ферроцианидную форму.

На второй стадии раствор аммиака из емкости 3 направляют в фильтр 2, а фильтрат в фильтр 1, а затем в емкость 3. Раствор из емкости 4 пропускают последовательно через фильтр 2 и 1 и фильтрат собирают в осадительном баке 5. Затем промытые дистиллированной водой фильтры последовательно обрабатывают раствором из емкости 6, причем фильтрат направляют в осадительный бак 5. После промывки дистиллированной водой сорбент в фильтре 2 готов к работе и его выгружают, а затем фильтр заполняют свежей загрузкой неорганической матрицы. Фильтр 1 заполнен готовым сорбентом частично, и на следующей стадии все операции повторяются, причем все растворы подают сначала в фильтр 1.

П р и м е р 1. Фильтры 1 и 2 объемом по 50 см³ заполнили силикагелем марки МСКГ. 150 см³ 25%-ного раствора аммиака из емкости 3 пропустили последовательно через фильтры, затем через фильтр 1 пропустили 300 см³ раствора азотнокислого никеля с концентрацией по никелю 0,1 М, фильтрат пропустили через фильтр 2.

Оба фильтра дренировали и промыли 350 см³ дистиллированной воды. После этого 250 см³ 0,1 М подкисленного раствора ферроцианида калия пропустили последовательно через фильтры, а фильтрат слили в осадительный бак 5. Оба фильтра дренировали и промыли дистиллированной водой. Из фильтра 1 выгрузили 50 см³ готового сорбента и заполнили фильтр свежей порцией силикагеля.

На следующей стадии 150 см³ раствора аммиака сначала пропустили через фильтр 2, затем через фильтр 1 и вернули в емкость 3. Остальные растворы пропускали последовательно через фильтры 2 и 1 аналогично тому, как это делали на предыдущей стадии. В результате в фильтре 2 получили 50 см³ готового сорбента.

В итоге с фильтров 1 и 2 получили 100 см³ ферроцианидсодержащего сорбента с емкостью по ферроцианиду никеля 170 мг/г.

П р и м е р 2. В фильтр 1 загрузили 50 см³ силикагеля марки МСКГ. Смешением раствора азотнокислого никеля и концентрированного аммиачного раствора получили раствор аммиаката никеля с концентрацией ионов никеля 0,1 М. 250 см³ этого раствора пропустили через фильтр 1, промыли 350 см³ дистиллированной воды. Затем через фильтр пропустили 200 см³ 0,1 М подкисленного раствора ферроцианида калия. Фильтрат отправили в отходы, а фильтр промыли водой.

В результате получили 50 см³ сорбента с емкостью по ферроцианиду никеля 85 мг/г.

Анализ опытных данных показывает, что емкость сорбента по никелю, полученного предложенным способом, вдвое выше емкости сорбента, полученного с помощью способа-прототипа. В то же время для получения одного и того же количества сорбента, полученного предложенным способом, израсходовано меньше реагентов, чем для сорбента, полученного способом-прототипом.

Предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет получить сорбент с большей сорбционной способностью за счет адгезионного осаждения добавочного количества ионов никеля на матрице, что может обеспечить большую степень концентрирования радиоактивных отходов, подлежащих захоронению. Кроме того, предложенный способ обеспечивает более производительный процесс получения сорбента и экономичный расход химических реагентов за счет их более эффективного использования.

Это может улучшить экологическую обстановку на АЭС.