Регистрация / Вход
Прислать материал

Получение функциональных сорбентов для селективного извлечения тяжелых металлов, в том числе радиоактивных изотопов

Номер контракта: 14.625.21.0034

Руководитель: Цирульникова Нина Владимировна

Должность: главный научный сотрудник - заведующий лабораторией

Организация: федеральное государственное унитарное предприятие "Институт химических реактивов и особо чистых химических веществ Национального исследовательского центра "Курчатовский институт"
Организация докладчика: Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химических реактивов и особо чистых химических веществ"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
функциональные сорбенты, извлечение ионов тяжелых металлов, извлечение ионов радиоактивных изотопов, утилизация опасных отходов, очистка сточных вод, полимерный материал, полиимиды, краун-эфиры, полиимидоэфиры, комплексообразующие полимерные сорбенты, темплатный синтез, селективный реагент

Цель проекта:
Актуальность: С интенсивным развитием таких отраслей промышленности как электрохимия, атомная энергетика, добыча полезных ископаемых, производство минеральных удобрений, производство аккумуляторов, производство пестицидов значительно увеличивается объём сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов и требующих утилизации с предварительным извлечением подобных ионов. Для решения данной проблемы предложены синтетические полимерные сорбенты. Синтетические полимерные сорбенты характеризуются достаточно высокой физической и химической устойчивостью, термостойкостью, являются относительно инертными и устойчивы к агрессивным средам. Благодаря развитой пространственной структуре и обусловленной этим большой удельной поверхностью, полимерные сорбенты характеризуются высокой сорбционной ёмкостью и в связи с этим могут использоваться для сорбции в статических и динамических условиях, регенерироваться и возвращаться в цикл многократно, что в значительной степени определяет экономическую целесообразность их применения. Цели: - Предоставление промышленным предприятиям новых средств для более эффективной, по сравнению с существующими технологиями, очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов. - Снижение экологической нагрузки на природу внедрением экологически безопасных технологий очистки сточных вод различных производств с использованием новых средств. - Повышение экономической эффективности работы предприятий за счет повторного использования выделенного из сточных вод, исходного сырья. - Разработка новых методов синтеза производных этилендиамина и 1,3-диамино-2-пропанола, содержащих пропионовые группы, в качестве селективных реагентов на ионы меди. - Исследование и создание новых материалов и методов их синтеза для получения функциональных сорбентов, обладающих повышенной способностью связывать ионы тяжелых металлов, в том числе радиоактивных изотопов из водных растворов. - Разработка лабораторного технологического регламента получения сорбционного материала в качестве основы создания функциональных сорбентов, используемых для селективного извлечения тяжелых металлов, в том числе радиоактивных изотопов. - Создание лабораторной установки для получения материалов, обладающих повышенной способностью связывать ионы тяжелых металлов, в том числе радиоактивных изотопов.

Основные планируемые результаты проекта:
Ожидаемые результаты проекта:
- Лабораторный технологический регламент получения сорбционного материала
- Лабораторная установка для получения сорбционного материала.
- Лабораторный образец сорбционного материала, полученный на лабораторной установке.
- Проект технического задания на проведение ОТР по теме «Разработка технологии получения сорбционных материалов для функциональных сорбентов, используемых для селективного извлечения тяжелых металлов, в том числе радиоактивных изотопов».

1 Экспериментальные образцы комплексонов на основе алифатических аминов, содержащих пропионовые и ацетатные группы, и их этерифицированных производных для синтеза сорбционных материалов должны обладать следующими свойствами:
Массовая доля основного вещества: не менее 98 %;
Массовая доля влаги: не более 1,0 %;
Внешний вид: кристаллические или порошковые вещества от белого до светло-желтого цвета.
2 Экспериментальные образцы диангидридов кислот, диаминов для синтеза сорбционных материалов должны обладать следующими характеристиками:
Массовая доля основного вещества: не менее 95 %;
Массовая доля влаги: не более 1,0 %;
Содержание катионов Cr3+, Zn2+, Cu2+ не более 1 %.
Внешний вид: твердые сыпучие вещества с цветом от белого до светло-коричневого.
3 Экспериментальные образцы аминокраун-эфиров для синтеза сорбционных материалов должны обладать следующими свойствами:
Массовая доля основного вещества: не менее 95 %;
Остаток после прокаливания: не более 0,2 %;
Внешний вид: кристаллические или порошковые вещества от белого до светло-бежевого цвета.
4 Экспериментальные образцы полиимидных матриц должны представлять собой хрупкие или пластичные плёнки (при термической имидизации без растворителя в вакууме) или сыпучие вещества (при химической или термической имидизации в растворители) с цветом от белого до тёмно-коричневого, и должны обладать следующими характеристиками:
- степень имидизации не менее 97 % (по инфракрасной спектроскопии);
- остаточное содержание растворителя не более 10 % по массе.
5 Не менее 3-х экспериментальных образцов сорбционных материалов должны обладать следующими свойствами:
- стойкость к радиационному излучению, Гр: не менее 5000;
- стойкость к климатическому воздействию, ч: не менее 10000;
- термостойкость (устойчивость на воздухе без деструкции), °С: не менее 250.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Комплексоны на основе алифатических диаминов и их этерифицированные производные, а также модифицированными ими сорбенты, обладающие практически важными комплексообразующими свойствами, могут быть использованы в качестве аналитических селективных реагентов при взаимодействии с ионам Cu(II), потенциальных реагентов для травления меди и синтонов для синтеза соединений с заранее заданными свойствами, в том числе хелоновых смол.
Лабораторные технологические регламенты получения функциональных сорбентов для селективного извлечения тяжелых металлов могут быть использованы для создания новых ресурсосберегающих, мало-отходных и энергоемких химических производств.
Предложенные сорбционные материалы на основе содержащих краун-эфирные фрагменты полиимидных матриц и комплексоны (на основе алифатических диаминов) могут быть использованы для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, в том числе радиоактивных изотопов, являющихся продуктом деятельности предприятий различных отраслей промышленности таких, как электрохимическая, атомная энергетика, добыча полезных ископаемых, производство минеральных удобрений и пестицидов, производство аккумуляторов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В ходе выполнении ПНИЭР будут разработаны методы получения комплексонов на основе алифатических диаминов, исходя из коммерчески доступных и недорогостоящих реагентов. Целевые комплексоны, обладающие практически важными комплексообразующими свойствами, могут быть использованы в качестве аналитических селективных по отношению к Cu(II) реагентов, потенциальных реагентов для травления меди, а также в качестве синтонов для синтеза соединений с заранее заданными свойствами, хелоновых смол.
На основе разрабатываемых методов планируется обеспечить получение в России ассортимента комплексонов в ряду производных этилендиамина и 1,3-диамино-2-пропанола, по качеству соответствующих мировым стандартам (содержание основного вещества не менее 98%).
Лабораторные технологические регламенты получения функциональных сорбентов для селективного извлечения тяжелых металлов могут быть использованы для создания новых ресурсосберегающих, малоэнергоемких, малоотходных производств.
Предложенные сорбционные материалы на основе содержащих краун-эфирные фрагменты полиимидых матриц и комплексоны (на основе алифатических диаминов) могут быть применены в таких отраслей промышленности как электрохимия, атомная энергетика, добыча полезных ископаемых, производство минеральных удобрений, производство аккумуляторов, производство пестицидов для очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов, в том числе радиоактивных изотопов. Дополнительное извлечение ценных металлов позволит повысить экономическую эффективность производств и снизить нагрузку на окружающую среду. Помимо очистки сточных вод предлагаемые сорбенты могут использоваться при извлечении ионов редкоземельных элементов при их добыче из малых и бедных месторождений редкоземельных металлов (РЗМ), а также при переработке техногенных отходов. В кислой среде, необходимой при переработке бедного и техногенного сырья, РЗМ преимущественно существуют в виде солей, следовательно, целесообразно использование экстрагентов, содержащих краун-эфиры и комплексоны.

Текущие результаты проекта:
За счет средств субсидии
- Написан аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР.
- Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
- Произведен выбор и обоснование направления исследований с целью определения оптимального варианта направления исследований на основе анализа состояния исследуемой проблемы, в том числе результатов патентных исследований, и сравнительной оценки вариантов возможных решений с учетом результатов прогнозных исследований, проводившихся по аналогичным работам направления исследований.
- Проведено исследование, выбор и обоснование:
а) строения и структуры полиимидной матрицы;
б) строения и структуры краун-эфирных фрагментов;
в) метода получения диангидридов кислот для синтеза сорбционных материалов;
г) метода получения диаминов для синтеза сорбционных материалов;
д) методов получения комплексонов на основе алифатических аминов, содержащих пропионовые и ацетатные группы и их этерифицированных производных для синтеза сорбционных материалов;
е) метода получения аминокраун-эфиров для синтеза сорбционных материалов.

За счет внебюджетных средств:
- Проведен анализ областей применения комплексонов в ряду производных алифатических аминов, содержащих пропионовые и ацетатные группы и их этерифицированных производных для возможного расширения потенциальных рынков продаж конечных сорбционных материалов на их основе.
- Разработаны ретросинтетические схемы получения диангидридов кислот для синтеза сорбционных материалов, для оценки альтернативных способов синтеза из коммерчески доступных исходных реагентов.
- Разработаны ретросинтетические схемы получения диаминов для синтеза сорбционных материалов для оценки альтернативных способов синтеза из коммерчески доступных исходных реагентов.
- Проведена сравнительная оценка существующих сорбентов на основе полимерных материалов и комплексонов и оценка их коммерческого потенциала.
- Проведен анализ возможности применения в одном материале для получения сорбента, как комплексонов, так и краун-эфирных фрагментов, для расширения коммерческой значимости результатов ПНИ.
- Проведены маркетинговые исследования рынка полимерных сорбционных материалов и исходных веществ, применяемых для синтеза полимерных сорбционных материалов.