Введение к работе
Актуальность темы. Научно-технический прогресс в конструировании лопаток авиадвигателей и газовых турбин вызвал необходимость резкого увеличения производства жаропрочных никель-рениевых суперсплавов. Рений - элемент с низким кларком. В мировой практике его извлекают попутно при комплексной переработке молибденовых, медных и урановых руд. В России руды такого типа обеднены как по основному компоненту, так и по рению. В связи с этим возрастает роль нетрадиционных сырьевых источников, например таких, как природные, в том числе поверхностные, воды. Содержание рения в природных водах зависит от степени их минерализации. Наличие больших объемов природных вод может оказаться перспективным для расширения минерально-сырьевой базы рения.
Для выделения рения из разбавленных растворов широко применяют сорбцию на активных углях различного происхождения, а также анионитах. Недостатком этих сорбентов является относительно низкая скорость извлечения металла.
Сорбенты на основе полимерных материалов природного происхождения представляют интерес из-за возможности перехода на возобновляемое сырье для их получения и более низкой стоимости по сравнению с ионообменными смолами. Перспективно использование для этих целей биополимеров, например, хитина и хитозана. Обеспечить максимальную развернутость поверхности хитозана и доступность активных азотсодержащих ионогенных групп можно путем его нанесения на поверхность пористой матрицы. Углеродные материалы, в том числе углеродные волокнистые материалы (УВМ) - перспективные для этих целей пористые матрицы. Исследование характеристик новых волокнистых углеродных хитозансодержащих материалов для сорбционного извлечения микросодержаний рения с высокой скоростью представляется актуальным.
Цель работы - определение сорбционных характеристик новых углеродных волокнистых материалов, модифицированных природным полиэлектролитом -хитозаном, для извлечения рения из минерализованных растворов.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
опробование и выбор УВМ, модифицированных хитозаном, позволяющих эффективно извлекать рений из минерализованных растворов;
исследование равновесных, кинетических и динамических характеристик сорбции рения из минерализованных растворов выбранными материалами;
исследование десорбции рения с выбранных материалов реагентным (с использованием аммиачных растворов) и электрохимическим способами;
сравнение характеристик новых сорбционных материалов и выдача рекомендаций по их использованию для извлечения рения из природных вод и очистки поверхностных вод от долгоживущего изотопа - Тс (химического аналога рения).
Научная новизна работы. Впервые проведены систематические исследования сорбционных характеристик по рению хитозан-углеродных материалов (ХУМ), полученных путем электрохимической модификации УВМ (Бусофита и Актилена) в сочетании с химической модификацией их поверхности биополимером хитозаном.
Показано, что изотермы сорбции рения из водных растворов ХУМ на основе Бусофита и Актилена, полученных при анодной поляризации (+600 мВ), имеют выпуклую форму и описываются уравнением Ленгмюра с константами: 73+8 см /мг и (1,9+0,3)10 см /мг соответственно.
Установлено, что хитозан-углеродные материалы, полученные при электрохимической обработке в анодной области потенциалов и при потенциале разомкнутой цепи, имеют лучшие сорбционные кинетические характеристики по рению в сравнении с исходными УВМ (Бусофит, Актилен) и ХУМ, модифицированными в катодной области потенциалов.
Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии установлено, что на поверхности ХУМ, полученных в анодной области потенциалов, кроме аминогрупп -NH2, имеются протонированные аминогруппы - NH3 .
Практическая ценность работы. На основании анализа динамических сорбционно-десорбционных характеристик, полученных при сорбции рения новыми композитными материалами из растворов, моделирующих по составу природные воды, выданы рекомендации по использованию ХУМ, модифицированных в анодной области, для извлечения рения из минерализованных природных вод, а также очистке поверхностных вод от долгоживущего изотопа Тс (химического аналога рения). Предложен электрохимический способ десорбции рения с ХУМ, обеспечивающий возможность повторного использования регенерированного материала. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Научной сессии МИФИ-2005 (Москва, 2005), Международном симпозиуме по технецию IST-2005 (Япония, 2005), Международном молодежном конгрессе по химии и химической
технологии «МКХТ-2005» (Москва, 2005), Международной конференции «Теоретические аспекты использования сорбционных и хроматографических процессов в металлургии и химической технологии» (Екатеринбург, 2006), Международном симпозиуме по сорбции и экстракции (Владивосток, 2008), IV Международном конгрессе молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-2008» (Москва, 2008). Публикации. По теме работы опубликовано 9 печатных работ, получено 2 патента.
Автор выражает благодарность к.х.н., с.н.с. лаборатории сорбционных процессов Института химии Дальневосточного отделения РАН Земсковой Л.А. за помощь при обсуждении характеристик хитозан-углеродных материалов, данных сканирующей электронной микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, библиографического списка и приложения. Полный объем диссертации составляет 118 страниц машинописного текста, в том числе 27 рисунков, 26 таблиц и одно приложение. Список литературных источников содержит 108 наименований.
