Вилучення радіонуклідів 137Cs, 90Sr, 90Y та UO22+ з водних розчинів за допомогою твердофазних екстрагентів імпрегнованих калікс[4]аренфосфіноксидами.
Анотація
Вилучення радіонуклідів 137Cs, 90Sr, 90Y та UO22+досліджували з використанням твердофазних екстрагентів SPE-ТБФ, SPE-C45 та SPE-CIP67 залежно від кислотності водного розчину. SPE-C45 та SPE-CIP67 є пористими гранулами стирол-дивінілбензольного сополімеру, імпрегнованими калікс[4]арентетрафосфіноксидами C45 (5,11,17, 23-тетракіс-діетилфосфіноїлметил-25,26,27,28-тетрапропоксикалікс[4]арен) і CIP67 (5,11,17,23-тетракіс-дипропілфосфіноїлметил-25,26,27,28-тетрапропоксикалікс[4]арен). Як сорбент для порівняння використовували комерційний твердофазний екстрагент SPE-ТБФ на основі трибутилфосфату. Проаналізовано вплив часу контакту радіонуклідів з екстрагентом на встановлення екстракційної рівноваги. Показано, що рівноваги в системах з використанням твердофазних екстрагентів встановлюються за 3-4 години.
Виявлено значний вплив кислотності водного розчину на ефективність вилучення радіонуклідів: збільшення кислотності призводить до зростання коефіцієнтів розподілу.
Показано вплив природи катіонів на ефективність вилучення, яка зростає в наступному ряду:
UO22+ > 90Y > 90Sr > 137Cs.
Виявлено, що вилучення радіонуклідів залежить від довжини алкільного радикала при атомі фосфору макроциклічного кістяка калікс[4]аренфосфіноксиду. Катіони ефективніше вилучаються калікс[4]ареном з меншою довжиною алкільного радикалу. Здатність твердофазних екстрагентів імпрегнованих каліксарен фосфіноксидами до вилучення досліджуваних радіонуклідів перевищує екстракційну здатність SPE-ТБФ і змінюється в наступному порядку: SPE-ТБФ < SPE-CIP67 < SPE-C45.
Проведені дослідження показали перспективність використання каліксареновмісних твердофазних екстрагентів в радіаційному контролі природних вод, оскільки вони є селективними, зручними у використанні і не потребують використання органічних розчинників.
Завантаження
Посилання
Bleise, A., Danesi, P.R., Burkart, W. Properties, use and health effects of depleted uranium (DU): a general overview. J. Environ. Radioact. 2003, 64(2-3), 93-112. https://doi.org/10.1016/s0265-931x(02)00041-3.
Briner, W.E. The evolution of depleted uranium as an environmental risk factor: lessons from other metals. Int. J. Environ. Res. Public. Health. 2006, 3(2), 129-35. https://doi.org/10.3390/ijerph2006030016.
Youyi, Ni, Yi, Liu, Wenting, Bu, Chuting, Yang, Sheng, Hu. Analytical greenness in radioanalytical methodologies for nuclides: Practices and recent progresses. TrAC Trends in Analytical Chemistry 2023, 168, 117329. https://doi.org/10.1016/j.trac.2023.117329.
Zannoni, D., Cantaluppi, C., Ceccotto, F., Giacetti, W., Lovisetto, B. Human and environmental factors affecting the activity of 131I and 137Cs in urban wastewater: A case study. J. Environ. Radioact. 2019, 198, 135-146 . https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2018.12.026.
Kashparov, V., Salbu, B., Levchuk, S., Protsak, V., Maloshtan, I., Simonucci, C., Courbet, C., Nguyen, H.L., Sanzharova, N., Zabrotsky, V. Environmental behaviour of radioactive particles from Chernobyl. J. Environ. Radioact. 2019, 208-209, 106025. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2019.106025.
Hossain, F. Natural and anthropogenic radionuclides in water and wastewater: Sources, treatments and recoveries. J. Environ. Radioact. 2020, 225, 106423. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2020.106423.
Kadadou, D., Said, E.A., Ajaj, R., Hasan, S.W. Research advances in nuclear wastewater treatment using conventional and hybrid technologies: Towards sustainable wastewater reuse and recovery. Journal of Water Process Engineering 2023, 52, 103604. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2023.103604.
Zhou, Z., Ren, H., Zhou, L., Wang, P., Lou, X., Zou, H., Cao, Y.: Recent Development on Determination of Low-Level 90Sr in Environmental and Biological Samples: A Review. Molecules 2023, 28, 90. https://doi.org/10.3390/molecules28010090.
Martini, P., Adamo, A., Syna, N., Boschi, A., Uccelli, L., Weeranoppanant, N., Markham, J., Pascali, G.: Perspectives on the Use of Liquid Extraction for Radioisotope Purification. Molecules 2019, 24, 334. https://doi.org/10.3390/molecules24020334.
Pineda, M., Tsaoulidis, D., Filho, P.I.O., Tsukahara, T., Angeli, P., Fraga, E.S.: Design optimization of microfluidic-based solvent extraction systems for radionuclides detection. Nuclear Engineering and Design 2021, 383, 111432. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2021.111432.
Alam, M.F., Begum, Z.A. Furusho, Y., Hasegawa, H., Rahman, I.M.M.: Selective separation of radionuclides from environmental matrices using proprietary solid-phase extraction systems: A review. Microchemical Journal 2022. 181, 107637. https://doi.org/10.1016/j.microc.2022.107637.
Colin, F. (ed.): Solid Phase Extraction. Elsevier, New York, (2019).
Jiang, H.-L., Li, N., Cui, L., Wang, X., Zhao, R.-S.: Recent application of magnetic solid phase extraction for food safety analysis. TrAC Trends in Analytical Chemistry 2019, 120, 115632. https://doi.org/10.1016/j.trac.2019.115632.
Dugheri, S., Marrubini, G., Mucci, N., Cappelli, G., Bonari, A., Pompilio, I., Trevisani, L., & Arcangeli, G.: A review of micro-solid-phase extraction techniques and devices applied in sample pretreatment coupled with chromatographic analysis. Acta Chromatographica 2021. 33(2), 99-111. https://doi.org/10.1556/1326.2020.00790.
Warshawsky, A., Patchornik, A. Impregnated Resins: Metal‐Ion Complexing Agents Incorporated Physically In Polymeric Matrices. Israel Journal of Chemistry 1978, 17(4), 307-315.. https://doi.org/10.1002/ijch.197800056
Krasnopyorova, A.P., Iliashenko, R.Y., Yukhno, G.D., Efimova, N.V., Gladkov, E.S. Chepeleva, L.V., Roshal, A.D.: Disulfo-NOPON—A new chelator for complexometric analysis and liquid-liquid extraction of stable isotopes and radionuclides of metal ions. Journal of Molecular Structure 2024, 1302, 137459. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2023.137459.
Wang, J., Zhuang, S.: Cesium separation from radioactive waste by extraction and adsorption based on crown ethers and calixarenes. Nuclear Engineering and Technology 2020, 52(2), 328-336. https://doi.org/10.1016/j.net.2019.08.001.
Rahman, I.M.M., Ye, Y., Alam, M.F., Sawai, H., Begum, Z.A., Furusho, Y., Ohta, A., Hasegawa, H.: Selective Separation of Radiocesium from Complex Aqueous Matrices Using Dual Solid-Phase Extraction Systems, Journal of Chromatography A 2021, 1654, 462476. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2021.462476.
Klimchuk O., Atamas L., Miroshnichenko V., Kalchenko V., Smirnov I., Babain V., Varnek A., Wipff G. New wide rim phosphomethylated calix[4]arenes in extraction of americium and europium. J. Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry 2004, . 49(1-2), 47–56. https://doi.org/10.1023/B:JIPH.0000031112.16272.17.
Babain, V., Alyapyshev, M., Voronaev, I., Tkachenko, L., Kenf, E. Extraction of Actinides with Tributyl Phosphate in Carbonates of Fluorinated Alcohols. Solvent Extraction and Ion Exchange 2021, 39(3), 255-270. https://doi.org/10.1080/07366299.2020.1837421.
George, K., Masters, A.J., Livens, F.R., Sarsfield, M.J., Taylor, R.J., Sharrad, C.A. A review of technetium and zirconium extraction into tributyl phosphate in the PUREX process. Hydrometallurgy 2022, 211, 105892. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2022.105892.
Korovin V., Pohorielov Yu., Shestak Yu, Valiaiev O., Cortina J.L.: Kinetics of scandium recovery by TVEX-TBP from the solution formed after the salt chlorinator cake leaching. E3S Web of Conferences 2020, 168, 00050. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016800050.
