Экстракция соединений урана, трансурановых и редкоземельных элементов сверхкритическим углекислым газом, содержащим β-дикетоны

• Автор: Мурзин, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 02.00.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 104 с. : ил

Содержание

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1. СВЕРХКРИТИЧЕСКАЯ ФЛЮИДНАЯ ЭКСТРАКЦИЯ. Обзор литературы.

1.1. Свсрхкритическое состояние и основные закономерности экстракции

свсрхкритическими флюидами.

1.2. Сверхкритическая флюидная экстракция металлов

1.3. Технологическое использование СФЭ

1.4. Выводы из обзора и постановка задачи.

2.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Оборудование и методика экспериментов

2.1.1. Оборудование, материалы и методы анализа.

2.1.2. Методики сверхкритической флюидной экстракции
2.1.3. Методики исследования процессов растворения комплексов.
2.1.3.1. Самопроизвольная диффузия комплекса из ячейки 1 с навеской в рабочую ячейку
2.1.3.2. Растворение комплекса в ячейке 1 под давлением больше рабочего и перепускание флюида в пустую ячейку 2 с выравниванием давления до рабочего
2.1.3.3. Растворение комплекса в одной ячейке с отбором экстракта по фракциям в зависимости от объема прокаченного флюида
2.1.4. Проверка методик исследования процессов растворения комплексов актиноидов.
2.1.5. Методики сверхкритической флюидной дезактивации
2.1.6. Методы анализа и обработки результатов.
2.2. Сверхкритическая флюидная экстракция актиноидов
2.2.1. Экстракция урана из уранилнитрата растворами 3дикетонов в сверхкритических средах.
2.2.2. Сверхкритическая флюидная экстракция урана и тория из их оксидов.
2.2.3. Сверхкритическая флюидная экстракция соединений плутония, нептуния и америция.
2.2.4. Экстракция 3дикетонатов актиноидов свсрхкритическими флюидами
2.3. Исследование процессов растворения рдикстонатных комплексов в
сверхкритическом углекислом газе
2.4. Взаимодействие рдикетонов в среде свсрхкритического углекислого
газа с поверхностями различных металлов.
2.4.1. Экстракция железа с поверхности нержавеющей стали СКС, содержащий 3дикетоны
2.4.2. Взаимодействие Рдикетонов с поверхностью металлических образцов в среде сверхкритического углекислого газа.
2.4.3. Взаимодействие гексафторацетилацетона с поверхностью степи
СтЗ в гептане
2.5. Сверхкритическая флюидная экстракция трансурановых элементов и сс
применение для дезактивации поверхности нержавеющей стали
2.5.1. Удаление соединений плутония, нептуния и америция с поверхности твердых тел
2.5.2. Дезактивация реальных образцов нержавеющей стали сверхкритической флюидной экстракцией
2.4.3. Дезактивация реальнозагрязненных и меченых почв СФЭ.
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1. Образование комплексов металлов с 3дикетонами в сверхкритическом углекислом газе и их экстракция
3.2. Экстракция готовых комплексов и, Ир, Ри. н Ей Ат с 3дикетонами в СКС.
3.3. Экстракция урана и других радионуклидов из их оксидов.
3.4. Сверхкритическая флюидная дезактивация поверхностей.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Экстракция тяжелых металлов и радионуклидов, в том числе наиболее опасных долгоживущих аизлучателей трансурановых элементов, сверхкритическим углекислым газом привлекательна тем, что этот метод лишен недостатков жидкостной экстракции, т. Сверхкритичсской флюидной экстракция является перспективным малоотходным методом дезактивации поверхностей и почв. Поскольку в литературе отсутствовали данные о сверхкритичсской флюидной экстракции трансурановых элементов, актуальной также является задача изучения химии экстракции комплексов урана и трансурановых элементов в СКСО2. Цель работы. Научная новизна работы. Получены новые данные о процессах комплексообразования и о процессах растворения комплексов в среде сверхкритического флюида. Впервые получены данные об экстракции трансурановых элементов рдикетонами в сверхкритичсский углекислый газ. Обнаружен ряд модификаторов, позволяющих резко повысить эффективность экстракции металлов сверхкритичсским углекислым газом, содержащим рдикетоны. Предложен механизм влияния этих модификаторов аминов на образование комплексов и экстракцию металлов. Экспериментально доказано, что сверхкритичсский углекислый газ не может рассматриваться как инертный растворитель изза взаимодействия СО2 с рдикетонатными комплексами металлов. Практическая значимость. Поскольку сверхкритический углекислый газ, содержащий рдикетоны, эффективно экстрагирует металлы из их различных соединений, находящихся на поверхности твердых тел, данный метод может быть использован для дезактивации твердых тел, загрязненных ураном, трансурановыми и редкоземельными элементами. При этом количество вторичных водных радиоактивных отходов может быть сведено к минимуму. СВЕРХКРИТИЧЕСКАЯ ФЛЮИДНАЯ ЭКСТРАКЦИЯ. Сверхкритическая флюидная экстракция СФЭ, т. Интерес к ней обусловлен, в первую очередь, ужесточением экологических требований. Использование больших количеств растворителей приводит к росту затрат изза постоянного удорожания утилизации отработавших растворителей. В отличие от жидкостной экстракции, в СФЭ в качестве растворителя используются газы, которые легко очистить и использовать повторно. Кроме того, процесс СФЭ проходит довольно быстро и его селективностью можно управ,ять, изменяя давление и температуру среды. Исторически первые процессы СФЭ были разработаны для выделения ценных органических компонентов из природного сырья. Промышленное оборудование для сверхкритической экстракции появилось в конце х годов и активно используется в производстве ароматических и биологически активных экстрактов из природного сырья, в промышленном производстве хмеля для пивоваренной промышленности, в процессах декофеинизации кофе, а также в ряде аналитических лабораторий. Основными достоинствами сверхкритической флюидной экстракции в данных процессах являются отказ от использования органических растворителей и малый объем вторичных отходов. Кроме того, СФЭ использует газы, которые, обычно, не являются токсичными и легко воспламеняющимися. Вопросам применения СФЭ в различных областях химии и технологии посвящены многочисленные обзоры 1,2,3,4,5,6,7. Поскольку в случае СФЭ, как правило, экстрагируемое вещество извлекают с поверхности твердых материалов или из пористых матриц, то корректно было бы использовать термин экстрагирование. Однако, обычно в литературе применяют более широкий термин экстракция, который включает в себя понятие экстрагирование. В данном обзоре также вместо термина экстрагирование используется термин экстракция. В процессах СФЭ в качестве растворителя используют, вещества, находящиеся при температуре и давлении выше критических см. Это обуславливает, с одной стороны, высокую растворяющую способность, а с другой стороны, высокую проникающую способность и высокую скорость экстракции см. Рисунок 1. Существует множество соединений, которые могут быть использованы в качестве флюида при умеренных температурах и давлениях температура С, давление от 1 до 0 атм. Некоторые свойства этих соединений приведены в табл. Анализ свойств флюидов, показывает, что среди нетоксичных и негорючих соединений только углекислый газ и фреоны обладают относительно невысокими критическими давлением и температурой и достаточно высокой плотностью.