Сложные оксигидроксиды и оксиды марганца (III.IV)с ионами щелочных и щелочноземельных металлов исорбенты на их основе для ионов стронция Вахирева, Ольга Ивановна

Введение к работе

Актуальность проблемы. Оксиды марганца (II,III.IV) представляют большую группу химических соединений, отличающихся составом, структурой и свойствами. Среди них встречаются природные минералы с достаточно определенными характеристиками. В последние годы они все более дополняются синтетическими соединениями. При этом выясняется, что между отдельными Еидами соединений нет резких границ по составу, структуре и свойствам, и прослеживается генетическая взаимосвязь разных групп соединений, которая может быть положена в основу управляемого синтеза оксидов марганца (III,IV) с необходимым набором характеристик, что представляет одну из актуальных задач современной неорганической химии.

Некоторые оксиды марганца (III,IV) содеожат в своем составе ионы щелочных и щелочноземельных металлов, причем в достаточно подвижном состоянии, вплоть до возможности ионного обмена. Однако интересен не сам факт ионного обмена, а возможность создания на основе оксидов марганца (III, IV) сорбентов (ионообменников). высоко селективных к ионам определенных элементов. Примером могут служить сорбенты типа ИСМ, высоко селективные к ионам Li⁺. Сложнее оказалась задача получения сорбента, селективного к ионам Зг²⁺. Возникла необходимость в дополнительном исследовании, чему и была посвящена данная диссертация.

Работа выполнена в соответствии с ИНГП Государственного комитета по высшему образованию РФ "Сорбенты для радионуклидов" (1992-1994 г.г.)

Цель работы - разработка управляемого синтеза сложных оксигидроксидов и оксидов марганца (III, IV), обладающих сорбционными свойствами и проявляющих при этом селективность к ионам Sr²⁺, включая радионуклиды этого элемента.

Научная новизна. Определены закономерности изменения состава и структуры оксигидроксидов марганца (III,IV) (исходная структура типа бёрнессита) в присутствии ионов Na⁺, К⁺, Na⁺-K⁺ и Sr²⁺ в результате их термической обработки при температурах в интервале от 105 до 750 С. Установлен фазовый состав продуктов термической обработки, выяснена природа выделяющейся воды и её влияние на изменение параметров межслоевых пространств в структуре исследованных кислородных соединений марганца (111,1V). С учетом физико-химических характеристик ионов Na⁺, К⁺ и Sr²⁺ выявлены особенности их

- 4 -влияния на изменение состава и структуры оксигидроксидов и оксидов марганца (III,IV) при их термической обработке. Установленные при этом закономерности положены г основу управляемого синтеза неорганических сорбентов на базе данного класса химических соединений.

Впервые показано, что в качестве модифицирующих ионов при термическом синтезе сорбентов, селективных к ионам Sr²⁺, могут выступать ионы других элементов, а именно, ионы Na⁺ и К⁺, и синтез сорбентов может осуществляться не только в условиях формирования специфических структур, но и в ходе структурного модифицирования фазы бёрнессита. Определены сорбционные характеристики вновь синтезированных образцов сорбентов.

Практическая ценность работы. Синтезированы неорганические сорбенты, высоко селективные к ионам Sr²⁺, включая радионуклиды этого элемента. На сорбент ИСМ-S составлена нормативно-техническая документация (технические условия, технологический регламент), освоено его опытное производство в Межвузовском экспериментально-опытном производстве при ПермГТУ. Получено разрешение органов санэпиднадзора на использование сорбента ИСМ-S для очистки питьевой воды от радионуклидов ⁹⁰Sr, ⁸⁹Sr, ⁸⁵Sr и др. Сорбент прошел испытания в Институте физической химии РАН, Уральском государственном техническом университете - УПИ, на ПО "Маяк" (Челябинская область). В актах испытаний указано, что он превосходит известные сорбенты для стронция по селективности к целевому элементу и ресурсу работы, особенно при дезактивации воды, содержащей соли жесткости. Выпущены опытные фильтры индивидуального пользования типа "Родник", рассчитанные на очистку питьевой воды от радионуклидов.

Разработанный метод синтеза селективных сорбентов может быть перенесен на кислородные соединения других металлов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности изменения химического и фазового состава продуктов термической обработки оксигидроксидов Мп (III, IV) в зависимости от вида ионов Ме⁺, Ме²⁺ (ионы Na¹", К⁺, Na⁺-K⁺, Sr²⁺), содержащихся в их межслоевых пространствах, и температуры термической обработки.

2. Новый вариант термического синтеза селективных к ионам Sr²⁺ сорбентов, основанный на применений в качестве ионов-модификаторов ионов Na⁺ и К⁺ (взамен ионов Sr²⁺), и понижении температуры термической обработки в область устойчивости фазы бёрнессита.

-.5 -

3. Методики синтеза новых модификаций сорбентов для стронция, включая радионуклиды Sr, позволяющие увеличить обменную емкость сорбентов и их селективность по отношению к стронцию. Пять новых селективных к стронцию сорбентов, их сорбционные характеристики.

4. Результаты испытаний вновь синтезированного сорбента ИСМ-3 в процессах извлечения радионуклидов Sr (⁸⁵Sr, ⁹⁰Sr) из питьевой воды и воды водоемов-накопителей ПО "Маяк" (Челябинская область).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-технической конференции Пермского политехнического института (1991), на III Всесоюзном совещании по химическим реактивам (Ашхабад, 1989), на Обнинском симпозиуме: Радиоэкологические проблемы в ядерной энергетике и при конверсии производства (Обнинск, 1993), на Первой Российской конференции по радиохимии (Дубна, 1994).

Сорбенты и фильтры с их загрузкой демонстрировались на выставках: США, г. Вашингтон, 1994 г. ( Российский союз промышленников и предпринимателей, Госкомвуз РФ); Россия, г. Москва, 1995 г. (Научно-технические достижения и интеллектуальная собственность высшей школы).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка использованной литературы, включающего 219 наименований, приложения (акты испытаний и др.). Работа изложена на 178 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц и 47 рисунков.