Биобезопасный нанокомпозитный полимерный сорбент для селективного связывания изотопов sr и cs из жидких сред и сырьевая смесь для его изготовления

БИОБЕЗОПАСНЫЙ НАНОКОМПОЗИТНЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ СОРБЕНТ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОГО СВЯЗЫВАНИЯ ИЗОТОПОВ Sr И Cs ИЗ ЖИДКИХ СРЕД И СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов. Техническим результатом, на получение которого направлено изобретение, является создание сорбента с высокой и специфической сорбционной способностью при соблюдении требования биосовместимости и безопасности в отношении разнообразных биологических объектов, а также сырьевой смеси для его изготовления, которая должна отличаться малым весом и объемом по сравнению с получаемым сорбентом. Структура сорбента формируется путем самосборки в процессе гидратации сухой смеси компонентов.RU-C1-2360707 ИЛЬИЧ; КЛУБКОВ ВЛАДИМИР КОНСТАНТИНОВИЧ (RU) Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов. Существуют несколько основных типов радионуклидных сорбентов в виде сорбционной матрицы неорганических солей комплексообразователей, таких как тетрабораты (патент РФ 2200994), акрилаты(патент JP2005008753, 2005 г.), ацетаты (патент РФ 2200994), силикаты (патент РФ 2154317; патент РФ 2189650) и их цеолитные модификации, хелатор стронция на основе диазокомплекса и кремниевой цеолитной матрицы, разработанный в NIMS, Япония (National Institute for MaterialsScience) (http://www.nims.go.jp/eng/news/press/2011/07/p201107270.html), алюмосиликаты, алюмозамещенные квасцы (патент РФ 2200994), ортофосфаты (патент РФ 2200994). Общими недостатками вышеуказанных соединений являются трудоемкость их синтеза, токсичность, относительно низкая сорбционная способность. Наиболее близким к предлагаемому в изобретении сорбенту для селективного связывания Sr и Cs является сорбент, выполненный по патенту US4995985 - пропиленгликоль альгината, имеющий в составе боковой цепи полимер желатина, на котором выращивают бактериальную культуру, которая включается в состав сорбента. Недостатком сорбента является то, что коэффициент распределения Sr и Cs между фазой с сорбентом и фазой с дезактивируемой водной средой составляет 1371 и 103 соответственно и величина коэффициента резко падает при увеличении времени экспозиции сорбента с дезактивируемой жидкой средой, что свидетельствует о слабом связывании радионуклидов. Недостатком также является недостаточная удельная емкость сорбента. Таким образом, существующие сорбенты обладают недостаточной сорбционной способностью. Кроме того, они не могут быть отнесены к биосовместимым и безопасным веществам, что ограничивает их использование не только в медицине, но и в биотехнологии, а также при очистке сточных и прочих загрязненных вод, которые могут содержать остатки сорбента, небезопасного для биологических объектов окружающей среды. Техническим результатом, на получение которого направлено изобретение, является создание сорбента с высокой и специфической сорбционной способностью при соблюдении требования биосовместимости и безопасности в отношении разнообразных биологических объектов, а также сырьевой смеси для его изготовления, которая должна отличаться малым весом и объемом по сравнению с получаемым сорбентом. Технический результат достигается в сорбенте, который представляет собой гидратную форму нанокомпозитного полимерного комплекса в виде двойной полимерной цепи L-хиральной закрутки с увеличенными внутренними (Sn-селективными) хелатными карманами и внешними (Cs-селективными) хелатными карманами, образующимися за счет искажения исходной структуры полимера альгината кальция при щелочном молекулярном сплайсинге, и стабилизирующегося в результате взаимодействия с альгинатом натрия. Структура сорбента формируется путем самосборки в процессе контролируемой гидратации сырьевой смеси компонентов. Технический результат также достигается сырьевой смесью для изготовления сорбента, который представляет собой смешанные до гомогенного состояния порошкообразные навески: (0,2-1,5 мас.ч.) пентетовой кислоты (диэтилен триамин пентауксусная кислота, DTPA) с альгинатом натрия (0,8-1,5 мас.ч.) и альгинатом кальция (0,01-1,3 мас.ч.) при добавлении (от 1 до 10 мас.ч.) сухого гидроксида калия. Сырьевая смесь в процессе контролируемой гидратации формирует путем самосборки структуру сорбента. Для полученная сорбента сырьевую смесь разводят 2-50 мас.ч. воды предпочтительно дистиллированной при постоянном помешивании. Предпочтительно процедуру разведения следует проводить при начальном рН в диапазоне от 8 до 12 ед. и температуре 35-50 С в течение 30-120 мин. Об образовании полимера свидетельствует спонтанный сдвиг рН в сильнокислую область (рН 3-4). Указанные отличительные признаки как по виду сорбента, так и по составу сырьевой смеси для его изготовления, а также по приготовлению этой смеси позволяют получить сырьевую смесь для изготовления сорбента и сам сорбент с высокой и специфической сорбционной способностью при соблюдении требования биосовместимости и безопасности в отношении разнообразных биологических объектов. Сырьевая смесь отличается малым весом и объемом по сравнению с получаемым сорбентом. Для лучшего понимания изобретение может быть проиллюстрировано, но не исчерпано, следующими примерами его конкретного осуществления. Пример 1. Приготовление сырьевой смеси для изготовления сорбента. Смешивают порошкообразные навески: 1 г пентетовой кислоты (диэтилен триамин пентауксусная кислота, DTPA) с 1 г альгината-Na и 1 г альгината-Са, к ним добавляют 5 г сухого KOH. Смесь указанных веществ перемешивают механической мешалкой до гомогенного состояния. Пример 2. Изготовление сорбента. Сырьевую смесь, полученную согласно примеру 1, разводят 50 мл дистиллированной воды при постоянном помешивании. Начальная величина рН гидратной формы достигает 9 ед. и выдерживается при температуре 40 С в течение 40 мин до тех пор, пока не произойдет спонтанного сдвига рН до 3 ед. Пример 3. Испытание сорбента. Сорбент был получен согласно примеру 2. Было взято два образца: первый содержал 1,5 г нитратаSr, второй - 1,5 г нитрата Cs. Каждый образец растворили в 3 мл воды. К каждому из полученных растворов добавили по 2 г сорбента. Инкубировали 30 мин при 15 С. По окончании инкубации было отмечено,что в каждом образце сорбент полностью связывает весь объем раствора. В случае нитрата стронция визуально структура полученной гелеобразной массы становится более твердой и похожей на манную кашу. В случае нитрата цезия масса имеет более аморфную и гладкую форму. Методом атомно-адсорбционной спектрофотометрии показано, что 2 г сорбента способны связать,мас.% Sr - 22, Cs - 25. При этом коэффициент распределения между сорбентом и водой, отделенной посредством фильтрации под давлением с использованием нейлонового фильтра с диаметром пор 100 мкм,для Sr равен 1388, для Cs - 587. Это означает, что сорбент имеет удельную сорбционную емкость при данных условиях 330 мг Sr2+ на 1 г сорбента. Полученная удельная емкость сорбента выше, чем у лучшего современного зарубежного аналога в 25 раз (13 мг на 1 г) high-ordered mesoporous) НОМ (1 г) изNIMS13 мг (http://www.nims.go.jp/eng/news/press/2011/07/р 201107270.html. Созданный сорбент связывает 3.7 TBq 90Sr (в то время как НОМ всего 65 GBq) При этом сорбент также связывает Cs и имеет сорбционную емкость при данных условиях 105 г Cs2+ на 1 г сорбента или же радиоактивного изотопа 137Cs в количестве 1.12 TBq. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Сырьевая смесь для изготовления сорбента для селективного связывания изотопов Sr и Cs из жидких сред, представляющая собой перемешанные до гомогенного состояния порошкообразные навески пентетовой кислоты, альгината натрия, альгината кальция и сухого гидроксида калия. 2. Сырьевая смесь по п.1, отличающаяся тем, что в ней содержится от 0,2 до 1,5 мас.ч. пентетовой кислоты, от 0,8 до 1,5 мас.ч. альгината натрия, от 0,01 до 1,3 мас.ч. альгината кальция и от 1 до 10 мас.ч. сухого гидроксида калия. 3. Сорбент для селективного связывания изотопов Sr и Cs из жидких сред, представляющий собой полимерный комплекс, образующийся при гидратации сырьевой смеси по п.1. 4. Сорбент по п.3, отличающийся тем, что гидратацию сырьевой смеси по п.1 осуществляют в количестве воды от 2 до 50 мас.ч. на 1 мас.ч. смеси при постоянном перемешивании. 5. Сорбент по п.3, отличающийся тем, что гидратацию сухой смеси компонентов осуществляют при начальном рН в диапазоне от 8 до 12 и температуре 35-50 С в течение 30-120 мин до спонтанного сдвига рН в сильнокислую область (рН 3-4).