CZ2018737A3 - Způsob odstranění kobaltu z vodných roztoků - Google Patents
Způsob odstranění kobaltu z vodných roztoků Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2018737A3 CZ2018737A3 CZ2018-737A CZ2018737A CZ2018737A3 CZ 2018737 A3 CZ2018737 A3 CZ 2018737A3 CZ 2018737 A CZ2018737 A CZ 2018737A CZ 2018737 A3 CZ2018737 A3 CZ 2018737A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- cobalt
- ionic liquid
- aqueous
- hydroxyquinoline
- phase
- Prior art date
Links
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 60
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 title claims abstract description 60
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 60
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000005725 8-Hydroxyquinoline Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229960003540 oxyquinoline Drugs 0.000 claims abstract description 12
- MCJGNVYPOGVAJF-UHFFFAOYSA-N quinolin-8-ol Chemical compound C1=CN=C2C(O)=CC=CC2=C1 MCJGNVYPOGVAJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- IQQRAVYLUAZUGX-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCCCN1C=C[N+](C)=C1 IQQRAVYLUAZUGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 1,1,1-trifluoro-n-(trifluoromethylsulfonyl)methanesulfonamide Chemical compound FC(F)(F)S(=O)(=O)NS(=O)(=O)C(F)(F)F ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 12
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 8
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 6
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 6
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 238000005067 remediation Methods 0.000 claims description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 2
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- -1 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate Chemical compound 0.000 description 5
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 5
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 5
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 4
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002926 intermediate level radioactive waste Substances 0.000 description 3
- 239000002925 low-level radioactive waste Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- NJMWOUFKYKNWDW-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCN1C=C[N+](C)=C1 NJMWOUFKYKNWDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-OUBTZVSYSA-N Cobalt-60 Chemical compound [60Co] GUTLYIVDDKVIGB-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 2
- 241000976924 Inca Species 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 2
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 2
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXELHGDYRQLRQO-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-1-methylpyrrolidin-1-ium Chemical compound CCCC[N+]1(C)CCCC1 PXELHGDYRQLRQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VKIGAWAEXPTIOL-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxyhexanenitrile Chemical compound CCCCC(O)C#N VKIGAWAEXPTIOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYWQTJWGWLKBQA-UHFFFAOYSA-N [amino(hydroxy)methylidene]azanium;chloride Chemical compound Cl.NC(N)=O VYWQTJWGWLKBQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- IDOGARCPIAAWMC-UHFFFAOYSA-N bis(2-hydroxyethyl)azanium;acetate Chemical compound CC(O)=O.OCCNCCO IDOGARCPIAAWMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RCNFOZUBFOFJKZ-UHFFFAOYSA-N bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide;1-hexyl-3-methylimidazol-3-ium Chemical compound CCCCCC[N+]=1C=CN(C)C=1.FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F RCNFOZUBFOFJKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- OEYIOHPDSNJKLS-UHFFFAOYSA-N choline Chemical compound C[N+](C)(C)CCO OEYIOHPDSNJKLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960001231 choline Drugs 0.000 description 1
- 150000001869 cobalt compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000012527 feed solution Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000004853 microextraction Methods 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 125000006340 pentafluoro ethyl group Chemical group FC(F)(F)C(F)(F)* 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000941 radioactive substance Substances 0.000 description 1
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 150000003462 sulfoxides Chemical class 0.000 description 1
- PTMFUWGXPRYYMC-UHFFFAOYSA-N triethylazanium;formate Chemical compound OC=O.CCN(CC)CC PTMFUWGXPRYYMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFZKOODUSFUFIZ-UHFFFAOYSA-N trifluoro phosphate Chemical compound FOP(=O)(OF)OF JFZKOODUSFUFIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G51/00—Compounds of cobalt
- C01G51/01—Preparation or separation involving a liquid-liquid extraction, an adsorption or an ion-exchange
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/26—Treatment of water, waste water, or sewage by extraction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/04—Treating liquids
- G21F9/06—Processing
- G21F9/12—Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange
- G21F9/125—Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange by solvent extraction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/006—Radioactive compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Předkládané řešení poskytuje způsob odstranění kobaltu z vodných roztoků, při němž se nejprve kobalt vyextrahuje z vodného roztoku iontovou kapalinou 1-methyl-3-butylimidazolium bis(trifluormethansulfonyl)imidem, s přídavkem 8-hydroxychinolinu, za tvorby fáze iontové kapaliny obsahující kobalt, a následně se provede elektrochemická separace kobaltu z této fáze iontové kapaliny obsahující kobalt.
Description
Oblast techniky
Předkládaný vynález se týká způsobu odstranění kobaltu z vodných roztoků, zejména pro odstranění izotopu 60Co z odpadních vod z jaderné energetiky.
Dosavadní stav techniky
Jednou z největších výzev jaderné energetiky i dalších průmyslových odvětví využívajících radioaktivních látek nebo procesů s nimi spojených je zacházení s produkovaným odpadem. Největší pozornosti se dostává vyhořelému jadernému palivu, problém se nicméně týká i odpadů dalších typů, obecně označovaných jako nízko a středněaktivní (LLW, low-level waste resp. ILW, intermediate-level waste). Je na místě zmínit i fakt, že ve velmi blízké budoucnosti bude třeba zajistit likvidaci (decommissioning) mnoha jaderných zařízení tzv. první a druhé generace. Agentura pro atomovou energii při OECD (OECD/NEA) odhaduje, že do roku 2050 bude třeba demontovat na 400 bloků jaderných elektráren, což vygeneruje až 5 milionů tun kontaminovaného kovu. Pokud budou do bilance navíc započítány i likvidace dalších zařízení pracujících s radioaktivitou, lze očekávat, že celkové množství kontaminovaného kovu v uvedeném časovém období poroste až na hodnotu 30 milionů tun. Kontaminovaný materiál tvoří v případě decommissioningu obecně pouze něco okolo 3 % materiálu celkového. Podíl nákladů na management kontaminovaného materiálu na nákladech celkových je však výrazně vyšší.
Izotop 60Co s poločasem rozpadu 5,27 roku, vznikající coby aktivační produkt, je jedním z nej významnějších zdrojů radiologické kontaminace jaderných zařízení. Ačkoliv v současné době existuje u nově navrhovaných provozů snaha přítomnost prvků produkujících aktivní izotopy kobaltu minimalizovat, vzhledem k tomu, že izotop 60Co vzniká buď aktivací izotopu 59Co přítomného ve slitinách konstrukčních materiálů, nebo aktivací příslušných izotopů železa (Rovnice (1) - (5)), je eliminace těchto aktivačních reakcí obtížná.
(1) 56Fe + n = 51Fe + γ (2) 51Fe + n = 58Fe + γ (3) 58Fe + n = 59Fe + γ (4) 59Fe + n = 59Co + e~ + v (5) 59Co + n = 60Co + γ
Nejen u starších zařízení, která budou předmětem decommissioningu v krátkém a střednědobém výhledu, je tak kobalt zásadním kontaminantem a náklady na jeho likvidaci tvoří u každého projektu jejich decommissioningu významnou část nákladů celkových. Jeho přítomnost je zvláště významná u lehkovodních reaktorů, vyskytovat se nicméně může i v zařízeních pro radioterapii, v částicových urychlovačích apod. Zejména z povrchové kontaminace zařízení izotopem 60Co dochází k únikům kobaltu do vody používané v dekontaminačních procesech, a výsledkem je odpadní voda obsahující tento izotop, která musí být následně dekontaminována.
Dekontaminační procesy by měly mít následující parametry, aby byly prakticky využitelné:
• dekontaminační činidlo by mělo být cenově dostupné, nenáročné na výrobu, nevyžadující speciální zacházení a dobře transportovatelné;
- 1 CZ 2018 - 737 A3 • dekontaminační proces by měl být energeticky nenáročný, případné vysoké investiční náklady by měly být kompenzovány levným provozem;
• dekontaminovaný materiál by měl být opětovně využitelný, poměr jeho množství vůči původnímu množství kontaminovaného materiálu by se mělo co nejvíce blížit hodnotě 1;
• generovaný odpad by měl být co nejméně škodlivý pro životní prostředí, jeho množství by mělo být co nejmenší, a měl by být bezpečně skladovatelný nebo recyklovatelný.
V odborné literatuře lze nalézt informace o extrakci kobaltu nebo jeho sloučenin do iontových kapalin, případně i studie elektrochemického chování kobaltu v takovém systému. Song a kol. publikoval studii elektrochemického chování dvou komplexních sloučenin kobaltu Co3+ v iontové kapalině AlCk-EMIC [S. Song, J. Tang, M. Kajitani, K. Shimizu, and R. A. Osteryoung, J. Organomet. Chem., vol. 45, no. 1-2, pp. 211-217, 1993], V iontové kapalině typu cholin chlorid-močovina byla studována i přímá elektrodepozice kobaltu zavedeného do systému ve formě C0CI2 [R. Bock, Materwiss. Werksttech., vol. 39, no. 12, pp. 901-906, 2008], Některé základní elektrochemické charakteristiky kobaltu v různých iontových kapalinách (l-butyl-3methylimidazolium tetrafluorborát a l-butyl-3-methylimidazolium hexafluorfosfát + triethylamonium formiát, bis(2-hydroxyethyl)amonium acetát, a triethylamonium acetát) shrnuje publikace M. J. A. Shiddiky, A. A. J. Torriero, C. Zhao, I. Burgar, G. Kennedy, and A. M. Bond, J. Am. Chem. Soc., vol. 131, no. 23, p. 7976, 2009. Elektrochemii komplexů kobaltu ve čtyřech iontových kapalinách s kationty typu l-ethyl-3-methylimidazolium a 1-butyl-1methylpyrrolidinium se věnuje i práce D. Cabral, P. C. Howlett, J. . Pringle, X. Zhang, and D. MacFarlane, Electrochim. Acta, vol. 180, pp. 419-426, 2015. Organické komplexy kobaltu v iontové kapalině sulfoxid/l-ethyl-3-methylimidazolium tris(pentafluoroethyl)trifluorfosfát a jejich elektrochemické chování lze potom nalézt v článku D. Al-Masri, M. Dupont, R. Yunis, D. R. MacFarlane, and J. M. Pringle, “The electrochemistry and performance of cobalt-based redox couples for thermoelectrochemical cells,” Electrochim. Acta, vol. 269, pp. 714-723, 2018.
Experimenty s iontovými kapalinami typu l-butyl-3-methylimidazolium hexafluorfosfát a 1hexyl-3-methylimidazolium hexafluorfosfát popisuje text A. E. Visser, R. P. Swatloski, S. T. Griffin, D. H. Hartman, and R. D. Rogers, Sep. Sci. Technol., vol. 36, no. 5-6, pp. 785-804, 2001. Mikroextrakce kobaltu do l-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorfosfátu pro analytické účely je i předmětem článků P. Berton and R. G. Wuilloud, Anal. Chim. Acta, vol. 662, no. 2, pp. 155-162, 2010 a M. Amjadi, J. L. Manzoori, and J. Abulhassani, J. AOAC Int., vol. 93, no. 3, pp. 985-991, 2010. Iontová kapalina l-hexyl-3-methylimidazolium bis(trifluormethylsulfonyl)imid byla použita ve studii L. Ranjbar, Y. Yamini, A. Saleh, S. Seidi, and M. Faraji, Microchim. Acta, vol. 177, no. 1-2, pp. 119-127, 2012.
S radioaktivním kobaltem 60Co pracuje článek M. Maiti, K. Ghosh, and S. Lahiri, “Green methods for the radiochemical separations of no-carrier-added 61Cu, 62Zn from 7Li irradiated cobalt target,” J. Radioanal. Nucl. Chem., vol. 303, no. 3, pp. 2033-2040, 2014, v tomto případě jde nicméně o separaci mědi a zinku z kobaltové matrice.
Uvedené práce jsou experimentální studie chování kobaltu, většinou ve formě sloučenin, v některých iontových kapalinách. Používané iontové kapaliny však často nejsou vhodné pro praktické využití v průmyslovém měřítku, navíc žádná z těchto studií nepracuje s výchozím kobaltem z vodných roztoků odpovídajících roztokům z decommissioningu (remediace) jaderných zařízení.
Podstata vynálezu
Předmětem předkládaného vynálezu je způsob odstranění kobaltu z vodných roztoků, v němž se nejprve kobalt vyextrahuje zvedného roztoku iontovou kapalinou l-methyl-3-butylimidazolium bis(trifluormethansulfonyl)imidem, s přídavkem 8-hydroxychinolinu, za tvorby fáze iontové
-2 CZ 2018 - 737 A3 kapaliny obsahující kobalt, a následně se provede elektrochemická separace kobaltu z této fáze iontové kapaliny obsahující kobalt.
Iontovými kapalinami se rozumí soli, tedy látky s iontovými vazbami, jejichž teplota tání je nižší než 100 °C. V postupu podle předkládaného vynálezu je iontovou kapalinou l-methyl-3butylimidazolium bis(trifluormethansulfonyl)imid, s přídavkem 8-hydroxychinolinu. Tato iontová kapalina s přídavkem 8-hydroxychinolinu jako dalšího extrakčního činidla je schopná extrahovat z vodného roztoku velké množství kobaltu, zejména v případě odpadních vod z remediace jaderných zařízení extrahuje kobalt selektivně, a vyhovuje požadavkům na nízkou cenu a efektivitu v průmyslovém měřítku. Jiné iontové kapaliny nedovolily dosáhnout stejné účinnosti extrakce kobaltu.
Přídavek 8-hydroxychinolinu je ve výhodném provedení v množství od 0,05 do 5 mol činidla / 1 litr iontové kapaliny, s výhodou od 0,1 do 1 mol činidla / 1 litr iontové kapaliny.
Extrakce kobaltu z vodného roztoku do iontové kapaliny se s výhodou provede tak, že se vodný roztok s obsahem kobaltu uvede do kontaktu s iontovou kapalinou, a výsledná směs se podrobí mechanickému promíchání, jako je například míchání, třepání či centrifugace, následně se obě fáze - vodná fáze a fáze iontové kapaliny - ponechají oddělit.
Kobaltem je zejména izotop 60Co.
Vstupním vodným roztokem je s výhodou odpadní voda z remediace (decommissioningu) jaderných zařízení. V závislosti na typu jaderného zařízení obsahuje odpadní voda typicky kontaminanty v podobě radionuklidů, obecně se jedná především o 55Fe, 63Ni, 137Cs a právě 60Co.
Předmětem předkládaného vynálezu je také použití iontové kapaliny l-methyl-3butylimidazolium bis(trifluormethansulfonyl)imidu s přídavkem 8-hydroxychinolinu pro extrakci kobaltu z vodných roztoků.
Po extrakci iontovou kapalinou se následně fáze iontové kapaliny obsahující kobalt podrobí elektrochemické separaci kobaltu, s výhodou galvanostatickou elektrolýzou nebo potenciostatickou elektrolýzou.
Pracovní elektroda při elektrolýze je s výhodou ze zlata, platiny, skla-grafítu, nebo grafitu.
Vhodné parametry pro elektrolýzu lze získat změřením voltametrické křivky daného systému.
Elektrochemická separace umožní vyloučení kobaltu na pracovní elektrodě. Depozicí kobaltu v pevném stavu je dosaženo minimalizace jeho objemu, což je zvláště výhodné v případě radioaktivních izotopů kobaltu, kde se snižuje objem pro ukládání jako radioaktivní odpad, případně se zlepšuje manipulovatelnost.
Další výhodou elektrochemické separace radionuklidu je fakt, že vede k odstranění kobaltu z iontové kapaliny, a tedy k recyklaci iontové kapaliny, která může být dále využita.
Objasnění výkresů
Obr. 1 znázorňuje cyklický voltamogram iontové kapaliny bez obsahu kobaltu (příklad 3).
Obr. 2 znázorňuje cyklický voltamogram iontové kapaliny s vyextrahovaným kobaltem (příklad 3)·
-3 CZ 2018 - 737 A3
Obr. 3a, 3b znázorňuje SEM analýzu povrchu pracovní platinové elektrody po elektrodepozici kobaltu (příklad 4, Obr. 3a - zvětšení 200x, Obr. 3b - zvětšení lOOOx). Z obrázku je viditelná kompaktní vrstva vyloučeného kobaltu.
Obr. 3c ukazuje prvkové složení vrstvy získané metodou SEM/EDAX.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příprava standardu:
0,1 ml zásobního roztoku 60Co (“CoCE o koncentraci 1,83.10-5 mol/1 v0,01M HC1, celkový objem zásobního roztoku 0,507 ml o aktivitě 28,46 MBq) bylo doplněno na objem 1 ml. Vzorek byl změřen po dobu 10 min. Hodnoty byly použity pro výpočet limitních hodnot a pro volbu přídavku aktivního roztoku do extrakčního experimentu. Měření radioaktivity 60Co ve vzorcích oddělené kapalné fáze bylo prováděno na gamma spektrometru Wallac 1480 Automatic Gama Counter - Wizard 3“ (Perkin Elmer) Nal(Tl) studnovým detektorem. Při každém měření se odečítala hodnota pozadí.
STD I = 45088,6 cpm ±0,15% pozadí BKG = 35,6 cpm
Stanovení hodnoty Dmin = 0,00337 a Dmax = 269,1040; Emax= 99,67 % a Emin= 0,33 %
Příklad 1 - Extrakce kobaltu z vodného roztoku s použitím iontové kapaliny
Byl připraven vodný roztok 0,04 Μ HNO3, 1 mM “CoCE. Tento roztok byl přidán k fázi iontové kapaliny (zde nazývána také organickou fází), kterou byl 0,5M roztok 8-hydroxychinolinu v 1methyl-3-butylimidazolium bis(trifluormethansulfonyl)imidu (Bmim), v 50 ml zkumavce. Obsah zkumavky byl třepán po dobu 30 min na orbitální třepačce (280 ot/min). Před separací fází byly vzorky centrifugovány po dobu 5 min při 2000 ot/min. Fáze byly separovány a z každé byl odebrán 1 ml k měření. Ve vodné fázi byly změřeny rovnovážné hodnoty pH. pH roztoků bylo měřeno kalibrovaným digitálním pH-metrem BOECO BT-675 s teplotním snímačem a citlivostí 0,01 pH a 0,1 °C, s přesností ± 0,01 pH a ± 0,2 °C s použitím celoskleněné mikroelektrody od firmy THETA '90, typ HC 153-FES, kalibrace byla prováděna tříbodová (pH = 4,01, pH = 7,00 a pH = 10,01) na pufrech od firmy BOECO. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 1.
Příklad 2 - Extrakce kobaltu z vodného roztoku s použitím iontové kapaliny
Byl připraven vodný roztok 0,005 M kyseliny citrónové, 0,01 M kyseliny šťavelové, 1 mM “CoCE. Tento roztok byl přidán k fázi iontové kapaliny (zde nazývána také organickou fází), kterou byl 0,5M roztok 8-hydroxychinolinu v l-methyl-3-butylimidazolium bis(trifluormethansulfonyljimidu (Bmim), v 50ml zkumavce. Obsah zkumavky byl třepán po dobu 30 min na orbitální třepačce (280 ot/min). Před separací fází byly vzorky centrifugovány po dobu 5 min při 2000 ot/min. Fáze byly separovány a z každé byl odebrán 1 ml k měření. Ve vodné fázi byly změřeny rovnovážné hodnoty pH. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 1.
Tab. 1: Přehled výsledků extrakce (pH eq. - rovnovážná hodnota pH, I - čistá četnost vzorku, error - nejistota četnosti vzorku vyhodnocená přístrojem, D - distribuční poměr, E - procento extrakce do organické fáze)
-4 CZ 2018 - 737 A3
| Vzorek | složení vodné fáze | pH eq. | I vodné fáze [cpm] | error [%] | I organická fáze [cpm] | error [%] | D | E(%) |
| Př. 1 | 0,04M hno3 | 4,94 | 3,8 | 87,51 | 8435,9 | 0,35 | > Dmax | >99,6 |
| Př. 2 | 0,005M HCit + Ο,ΟΙΜΗΟχ | 4,58 | 8,8 | 38,64 | 8903 | 0,34 | > Dmax | >99,6 |
Z tabulky 1 vyplývá, že bez ohledu na kyselost a iontovou sílu vstupního roztoku bylo extrahováno více než 99,6 % kobaltu přítomného v systému do fáze iontové kapaliny (organické fáze).
Příklad 3 - Ověření elektrochemických charakteristik kobaltu
Elektrochemické charakteristiky kobaltu v iontové kapalině byly ověřeny metodou cyklické voltametrie za použití tištěných elektrochemických cel firmy DropSense, typ DS550, kde pracovní, pomocná i referenční elektroda jsou z platiny. Elektrochemické experimenty byly prováděny na potenciostatu/galvanostatu Autolab PGSTAT204 (potenciálový rozsah 20 V, potenciálové rozlišení 3 pV, maximální proud 0,4 A, proudové rozlišení 0,0003 % z nastaveného proudového rozsahu). Experimenty byly ovládány prostřednictvím softwaru Autolab NOVA 2.1.2.
K měření byla použita fáze iontové kapaliny s vyextrahovaným kobaltem, získaná v Příkladu 1, a fáze stejné iontové kapaliny samotné. Oba voltametrické experimenty byly provedeny při pokojové teplotě a potenciálové rychlosti 50 mV/s.
Cyklický voltamogram systému bez obsahu kobaltu je na obrázku 1, a ukazuje elektrochemický rozklad vlastní iontové kapaliny při cca -1.3 V proti platinové referenční elektrodě.
Cyklický voltamogram naměřený na vlastním vzorku s obsahem kobaltu ukazuje katodický pík při cca -0,9 V proti platinové referenční elektrodě.
Katodický pík lze interpretovat jako jednostupňovou redukci Co2+ iontů podle schématu:
Co2+ + 2é~ = Co
Anodické zvýšení proudu při -0,7 V je poté interpretovatelné jako rozpouštění kobaltu deponovaného na povrchu Pt elektrody v katodické fázi.
Příklad 4 - Potenciostatická elektrolýza
Elektrolytické experimenty byly provedeny na potenciostatu/galvanostatu Autolab PGSTAT204 (viz Příklad 3 - Ověření elektrochemických charakteristik kobaltu). Potenciostatická elektrolýza fáze iontové kapaliny získané v příkladu 1 byla provedena za použití tištěných elektrochemických cel firmy DropSense (typ DS550), při -0,9 V (proti platinové elektrodě), po dobu 7200 s. Na pracovní elektrodě se vytvořila vrstva kovového kobaltu. Kompaktní struktura vrstvy byla ověřena SEM/EDAX měřením. SEM/EDAX měření byla realizována na přístroji VEGA TS 5130 XM, firmy Tescan, analytické sensory INCA WAVE a INCA ENERGY. SEM snímky povrchu při dvou různých zvětšeních jsou na Obr. 3a, 3b, a ukazují pravidelnou a kompaktní strukturu povrchu. Obr. 3c ukazuje prvkové složení vrstvy získané metodou SEM/EDAX.
CZ 2018 - 737 A3
Obdobně byla otestována galvanostatická elektrolýza na zlaté elektrodě, a potenciostatická elektrolýza na elektrodě sklo-grafit, obě vedly k tvorbě kompaktní vrstvy kovového kobaltu.
Claims (9)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob odstranění kobaltu z vodných roztoků, vyznačující se tím, že nejprve se kobalt zvedného roztoku vyextrahuje iontovou kapalinou, kterou je l-methyl-3-butylimidazolium bis(trifluormethansulfonyl)imidem s přídavkem 8-hydroxychinolinu, za vytvoření fáze iontové kapaliny obsahující kobalt, a následně se provede elektrochemická separace kobaltu z této fáze iontové kapaliny obsahující kobalt.
- 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že kobaltem je izotop 60Co.
- 3. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vstupním vodným roztokem je odpadní voda z remediace jaderných zařízení.
- 4. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že přídavek činidla 8-hydroxychinolinu je v množství od 0,05 do 5 mol činidla / 1 litr iontové kapaliny.
- 5. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že přídavek činidla 8-hydroxychinolinu je v množství od 0,1 do 1 mol činidla / 1 litr iontové kapaliny.
- 6. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že extrakce kobaltu z vodného roztoku do iontové kapaliny se provede tak, že vodný roztok s obsahem kobaltu uvede do kontaktu s iontovou kapalinou, a výsledná směs se podrobí mechanickému promíchání, jako je například míchání, třepání či centrifugace, následně se obě fáze - vodná fáze a fáze iontové kapaliny - ponechají oddělit.
- 7. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že elektrochemická separace se provede galvanostatickou elektrolýzou nebo potenciostatickou elektrolýzou.
- 8. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že pracovní elektroda při elektrochemické separaci je ze zlata, platiny, skla-grafítu, nebo grafitu.
- 9. Použití iontové kapaliny l-methyl-3-butylimidazolium bis(trifluormethansulfonyl)imidu s přídavkem 8-hydroxychinolinu pro extrakci kobaltu z vodných roztoků.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-737A CZ2018737A3 (cs) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Způsob odstranění kobaltu z vodných roztoků |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-737A CZ2018737A3 (cs) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Způsob odstranění kobaltu z vodných roztoků |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ308245B6 CZ308245B6 (cs) | 2020-03-18 |
| CZ2018737A3 true CZ2018737A3 (cs) | 2020-03-18 |
Family
ID=69772700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018-737A CZ2018737A3 (cs) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Způsob odstranění kobaltu z vodných roztoků |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2018737A3 (cs) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6222658B2 (ja) * | 2013-10-18 | 2017-11-01 | 国立大学法人茨城大学 | 金属イオンの分離回収方法 |
| RU2637236C2 (ru) * | 2015-12-31 | 2017-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет" | Способ группового концентрирования из кислых растворов и разделения ионов элементов ионной жидкостью |
| WO2018035136A1 (en) * | 2016-08-16 | 2018-02-22 | Massachusetts Institute Of Technology | Removal of metal ions from aqueous solution via liquid/liquid extraction and electrochemistry |
| CN107586959B (zh) * | 2017-09-11 | 2018-11-30 | 陕西科技大学 | 利用超声波强化功能性离子液体萃取水中重金属的方法 |
-
2018
- 2018-12-21 CZ CZ2018-737A patent/CZ2018737A3/cs unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ308245B6 (cs) | 2020-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Knight et al. | A simple-rapid method to separate uranium, thorium, and protactinium for U-series age-dating of materials | |
| Casacuberta et al. | Determination of U and Th α-emitters in NORM samples through extraction chromatography by using new and recycled UTEVA resins | |
| Hansen et al. | Partition of iodine (129I and 127I) isotopes in soils and marine sediments | |
| Miyake et al. | Measurement of long-lived radionuclides in surface soil around F1NPP accident site by accelerator mass spectrometry | |
| Sasaki et al. | Extraction and mutual separation of actinide (III),(IV),(V) and (VI) ions by N, N′-dimethyl-N, N′-dihexyl-3-oxapentanediamide and thenoyltrifluoroacetone | |
| Yang et al. | Electrochemical Monitoring for Molten Salt Pyroprocessing of Spent Nuclear Fuel: A Review: W. Yang et al. | |
| Jayakumar et al. | Extraction–electrodeposition (EX–EL) process for the recovery of palladium from high-level liquid waste | |
| Naik et al. | Use of organophosphorus extractants impregnated on silica gel for the extraction chromatographic separation of minor actinides from high level waste solutions | |
| Kumaresan et al. | Extraction and electrochemical behavior of fission palladium in room-temperature ionic liquid | |
| CZ2018737A3 (cs) | Způsob odstranění kobaltu z vodných roztoků | |
| Martin et al. | Determination of arrhenius and thermodynamic parameters for the aqueous reaction of the hydroxyl radical with lactic acid | |
| Andris et al. | The development of 126Sn separation procedure by means of TBP resin | |
| Boll et al. | Californium electrodepositions at Oak Ridge National Laboratory | |
| US20100219344A1 (en) | Electrochemically Modulated Separations for In-line and At-line Monitoring of Actinides in High-Volume Process Streams | |
| Čubová et al. | Separation of Co from simulated decontamination media using ionic liquids | |
| Swain et al. | Feasibility studies on the separation of ruthenium from high level liquid waste by constant potential electro-oxidation | |
| JP6835525B2 (ja) | マイナーアクチノイドの分離方法及び分離装置 | |
| Shimada et al. | Separation of Zr in the rubble waste generated at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station | |
| Shehee et al. | Separation of actinides and fission products using titanium-based materials | |
| Maillard et al. | Development of several chromatography extraction separations for the measurement of minority elements present in high level radioactive solutions. | |
| Serrano | Electrochemistry of technetium analogues rhenium and molybdenum in room temperature ionic liquid | |
| Silin et al. | The interaction of Np (V), Pu (VI) and Tc (VII) with metal in alkaline solutions | |
| Desideri et al. | Analytical methods for the characterization and the leachability evaluation of a solid waste generated in a phosphoric acid production plant | |
| Dutheil et al. | Fast electrodeposition of short-lived tellurium radioisotopes by flow electrolytic underpotential deposition on Au and Pt | |
| McCallum et al. | Polonium sequestration from copper for dark matter studies using a resin-bound crown ether |