Сорбция урана на гидроксиапатите

Методика проведения анализа сорбционных  свойств ГА с использованием ферроцианида калия[8,9]:

.

К полученной суспензии добавляли нитратные  растворы, содержащие U(VI). Смесь перемешивали и выдерживали при комнатной  температуре до установления ионообменного  равновесия, далее анализировали  поэлементный состав с помощью стандартной лабораторной методике (с использованием K₄[Fe(CN)₆] на содержание уранил-ионов).

Для построения калибровочного графика из стандартного раствора нитрата уранила отбирают пробы 0,2; 0,4;0,6; 0,8; 1,0 мл мерные колбы на 50 мл. Приливают по 1 мл 3 %-ного раствора ферроцианида калия, добавляют дистиллированную воду до метки, тщательно перемешивают и оставляют стоять в течение 5 минут. На спектрофотометре в соответствии с инструкцией к прибору измеряют оптическую плотность при 480 нм в кювете с толщиной слоя 1 см относительно дистиллированной воды.

По данным оптических плотностей образца определяли концентрацию уранил-ионов в жидкой фазе после сорбции на ГА из раствора нитрата уранила С =3 г/л. Результаты представлены в таблице 1.

 

Таблица 1. Значения оптических плотностей жидкой фазы после проведения сорбции в статических условиях при концентрации ионов уранила 3 г/л

 

Вид образца	время снятия показаний, ч
	0,17	0,5	1	3	24
	оптическая плотность жидкой фазы, отн.ед.
Порошок ГА	0,827	0,504	0,396	0,353	0,269
Нано-Га (суспензия)	0,035	0,035	0,009	0	0

 

Из полученных данных видно, что при концентрации 3 г/л соблюдается закон Бера: с увеличением концентрации – оптическая плотность пропорционально растет.

Равновесную концентрацию находим  по формуле:

,

где С_х – искомая концентрация в жидкой фазе, г/л; С_станд – известная концентрация приливаемого раствора (в нашем случае нитрата уранила), равна 3 г/л; D_х – оптическая плотность раствора с неизвестной концентрацией, отн. ед.; D_станд – оптическая плотность раствора с известной концентрацией, отн. ед., (при С_U 3 г/л равна 0,827).

 

Таблица 2. Расчетные данные равновесных  концентраций жидкой фазы образца:

 

Вид образца	время снятия показаний, ч
	0,17	0,5	1	3	24
	равновесная концентрация жидкой фазы Сравн, г/л
Порошок ГА	3	1,83	1,44	1,28	0,98
Нано-ГА (суспензия)	0,13	0,13	0,03	0,027	0

 

Расчет концентрации урана в сорбенте вели по формуле:

                                                        (3.3)

Таблица 3. Расчетные данные концентрации урана в сорбенте ,  г/л

Вид образца	время снятия показаний, ч
	0,17	0,5	1	3	24
	концентрация урана в сорбенте , г/л
Порошок ГА	0	1,17	1,56	1,72	2,02
Нано-ГА (суспензия)	2,87	2,87	2,97	3	3

 

Для наглядности протекания процесса во времени на сорбентах (ГА), приготовленных при различных условиях, построили график зависимости изменения  концентрации урана в сорбентах, полученных при различных условиях, от времени (рис. 2) для исходной концентрации нитрата уранила С₀=3 г/л.

Рис. 2. Зависимость изменения концентрации урана в сорбентах, полученных при различных условиях, от времени: ___ –    порошок ГА, ____ – Нано-ГА (суспензия)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод

Эксперименты  по исследованию процесса сорбции уранил-ионов  на гидроксиапатите позволили сделать  вывод об изоморфном замещении Са²⁺ на UO₂²⁺. Гидроксиапатит обладает сорбционными свойствами по отношению к извлекаемым из нитратных растворов ионов уранила с концентрацией 3 г/л. И может быть использован в качестве сорбента урана из растворов. Количественный анализ жидкой фазы, после проведения процесса сорбции, показывает, что содержание ионов уранила уменьшается, по сравнению с начальным их содержанием в растворе, о чем свидетельствуют данные спектрофотометрического анализа, проводимые с использованием ферроцианида калия по стандартной лабораторной методике. Концентрация ионов уранила в растворе изменилась: до опыта ее значение равнялось 3 г/л, а после проведения трех опытов по сорбции стала равна 0,13; 0,13; 0,03; 0,027 и 0 в первом, втором и третьем, четвертом и пятом опыте соответственно, отличающихся временем снятия показаний.

Это доказательство того, что на поверхности гидроксиапатита  происходит процесс ионного обмена и уранил-ионы из раствора переходят  в сорбент. Концентрация ионов уранила в сорбенте равнялась 2,87; 2,87; 2,97; 3 и 3 г/л соответственно.

Таким образом, гидроксиапатит кальция проявляет  хорошие сорбционные свойства по отношению к уранил-иону и может  быть использован для извлечения урана из растворов. В особенности, нано-ГА уже после одного часа проведения процесса сорбции.

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы

1. Хрестенко Р.В., Рудин В.Н., Калмыков С.Н., Мелихов И.В. . Взаимодействие наногидроксиапатита кальция с уранил-ионом // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – 2008.  – № 5. – С. 52–57.
2. Suzuki B.T., Hatsushika T., Hayakawa Yа. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1981. V. 77. P. 1059–1062.
3. Suzuki B.T., Hatsushika T., Miyake M. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1982. V. 78. P. 3605–3611.
4. Suzuki B.T., Hatsushika T., Miyake M. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1984. V. 80. P. 3157–3165.
5. Китикова Н.В., Половинкин Л.В., Ушков А.А. и др. // Токсикологический вестник. 2006. - № 1. - C. 12–16.
6. Дельмон Б.  Кинетика гетерогенных реакций. – М.: Мир, 1972. – 702 с.
7. Вольдман Г.М. Основы экстракционных и ионообменных процессов в гидрометаллургии. – М.: Металлургия, 1982. – 375 с.
8. Жерин И.И., Каляцкая Г.В. Методические указания к выполнению лабораторных работ// «Спектрофотометрическое определение актиноидных элементов по спектрам поглощения интенсивно окрашенных комплексов». – Томск: ТПУ, 2007 г. – 10 с.
9. Жерин И.И., Каляцкая Г.В. Методические указания к выполнению лабораторных работ// «Определение актиноидныхэлементов по спектрам поглощения неорганических комплексных соединений». – Томск: ТПУ, 2005 г. – 24 с.