Оценка эффективности экстракции малорастворимых примесей из водных растворов сверхкритическими флюидам в динамическом проточном режиме хромато-масс-спектрометрическим методом

Ольга Олеговна Паренаго; Михаил Олегович Костенко; Константин Борисович Устинович; Зоя Борисовна Хесина; Алексей Константинович Буряк

doi:10.17308/sorpchrom.2020.20/3134

Ольга Олеговна Паренаго ФГБУН Институт общей и неорганической химии РАН, Москва; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва
Михаил Олегович Костенко ФГБУН Институт общей и неорганической химии РАН, Москва
Константин Борисович Устинович ФГБУН Институт общей и неорганической химии РАН, Москва
Зоя Борисовна Хесина ФГБУН Институт физической химии и электрохимии РАН, Москва
Алексей Константинович Буряк ФГБУН Институт физической химии и электрохимии РАН, Москва

DOI: https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2020.20/3134

Ключевые слова: коэффициент межфазного распределения, сверхкритический флюид, протовоточная экстракционная колонна.

Аннотация

Сверхкритическая флюидная экстракция (СФЭ) активно используется при выделении ценных компонентов или особо токсичных и радиоактивных веществ из различных природных источников, представляющих собой водные системы. Несмотря на активное изучение этого метода, возможности его изучены ещё недостаточно полно. В данной работе в качестве модельных объектов рассмотрены два малорастворимых вещества – трибутилфосфат (ТБФ) и метанитробензотрифторид (мета-нитро-трифторметил-бензол, Ф-3), которые используются в технологиях выделения радионуклидов при пере-работке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Целью этого исследования является оценка эффектив-ности экстракционной очистки водных растворов, содержащих ТБФ и Ф-3, в динамических условиях на основании оценочного расчета и проверка его результатов в эксперименте на противоточной экс-тракционной колонне. В основу расчета положены данные о распределении примеси между водной и флюидной фазами, которые были получены в статических экспериментах. Концентрации веществ в исходных растворах (до проведения экстракции) определяли методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием (ГХ-МС) с помощью прибора SHIMADZU GCMS-TQ8040. Для хроматографического разделения использовали стандартную капиллярную колонку ZB-5MS (60 м×0.25 мм×0.25 мкм). Этим же методом определяли остаточные концентрации ТФБ и Ф-3 в водных растворах после проведения экстракции. На основании данных по экстракции в статических условиях определены коэффициенты межфазного распределения (K) для ТБФ и Ф-3 между водной фазой и сверхкритическими (СК) флюидами – CO₂ и фреоном R-23 (CHF3) при 50°С и плотности флюидов около 0.4 г/см³. Показано, что в этих условиях СК CO₂ является более эффективным экстрагентом для выделения ТБФ и Ф-3 из водных растворов. Полученные величины K использованы для оценки эффек-тивности экстракционной очистки водных растворов от ТБФ и Ф-3 в различных режимах. Работоспо-собность такой оценки продемонстрирована в экспериментах в противоточной экстракционной ко-лонне (ПЭК). Показано, что во всех изученных парах «извлекаемый компонент – экстрагент» степень очистки в ПЭК может достигать 0.995 при умеренном расходе экстрагента.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Ольга Олеговна Паренаго , ФГБУН Институт общей и неорганической химии РАН, Москва; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва

к.х.н., старший научный сотрудник Института общей и неорганиче-ской химии им. Н.С. Курнакова Российской Акаде-мии Наук (ИОНХ РАН), Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва

Михаил Олегович Костенко, ФГБУН Институт общей и неорганической химии РАН, Москва

младший науч-ный сотрудник Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской Академии Наук (ИОНХ РАН), Москва

Константин Борисович Устинович, ФГБУН Институт общей и неорганической химии РАН, Москва

инженер-технолог Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской Академии Наук (ИОНХ РАН), Москва

Зоя Борисовна Хесина, ФГБУН Институт физической химии и электрохимии РАН, Москва

инженер-исследователь Института физической химии и электрохимии им. Фрумкина Российской Академии Наук (ИФХЭ РАН), Москва

Алексей Константинович Буряк, ФГБУН Институт физической химии и электрохимии РАН, Москва

член-корре-спондент РАН, д.х.н., директор Института физиче-ской химии и электрохимии им. Фрумкина Россий-ской Академии Наук, Москва

Литература

Kasatkin A.G., Osnovnye processy i apparaty khimicheskoj tekhnologii, M., Al'janS, 2004, 784 p.

Paulitis M.E., Penninger J.M., Gray R.D., Davison K.P. Chemical Engineering at Supercritical Fluid Conditions. Ann Arbor Science Publishers, MI, 1983, 207 p.

McHugh M., Krukonis V., Supercritical Fluid Extraction Principles and Practice. Butterworth-Heinemann, Boston, 1994. 366 p.

Brunner G. Gas Extraction an Introduction to Fundamentals of Supercritical Fluids and the Applications to Separation Processes. Steinkopff Darmstadt Springer, New York, 1994. pp. 59-86.

Taylor L. Supercritical Fluid Extraction. John Wiley&Sons Inc, New York, 1996. 88 p.

Mukhopadhyay M. Natural Extracts Using Supercritical Carbon Dioxide, CRC Press LLC, Boca Raton, FL, 2000. pp. 22-34.

Brunner G., J. of Supercritical Fluids, 2009, Vol. 47, pp. 574-582, Doi:10.1016/j.supflu.2008.09.022.

Menzio J., Binello A., Barge A., Cravotto G., Processes, 2020, Vol. 8, p. 1062, Doi:10.3390/pr8091062

Tello J., Viguera M., Calvo L., J. of Supercritical Fluids, 2011, Vol. 59, pp. 53-60, Doi:10.1016/j.supflu.2011.07.018

Tsuda T., Mizuno K., Ohshima K., Kawakishi S. et al., J. Agric. Food Chem., 1995, Vol. 43, pp. 2803-2806, Doi:10.1021/jf00059a006

Tena M.T., Valcárcel M., Hidalgo P., Ubera J.L., Anal. Chem. 1997, Vol. 69, pp. 521-526. Doi:10.1021/ac960506t

Poiana M., Sicari V., Mincione B., J. Essent. Oil Res., 1998, Vol. 10, pp. 145-152, Doi:10.1080/10412905.1998.9700866

Sargenti S.R., Lancüas F.M., J. Chromatogr. Sci., 1998, Vol. 36, pp. 169-174, Doi:10.1093/chromsci/36.4.169

Señoráns F.J., Ruiz-Rodriguez A., Cavero S., Cifuentes A., et al., J. Agric. Food Chem.,

, Vol. 49, pp. 6039-6044. Doi:10.1021/jf010762t

Jakobsson M., Sivik B., Bergqvist P.A., Strandberg B. et al., J. of Supercritical Fluids, 1994, Vol. 7, pp. 197-200, Doi:10.1021/jf010762t

Jan H.S., Wang W.Ch., Separation and Purification Technolog, 2020, Vol. 242, p. 116781, Doi:10.1016/j.seppur.2020.116781

Señoráns F.J., Ruiz-Rodriguez A., Ibañez E., Tabera J. et al., J. Supercrit. Fluids, 2001, Vol. 21, pp. 41-49.

Bejarano A., del Valle J.M., J. Supercritical Fluids, 2017, Vol. 120/2, pp. 266-274. Doi:10.1016/j.supflu.2016.08.001.

Terada A., Kitajima N., Machmudah S., Tanaka M. et al., Sep. Purif. Technol., 2010, Vol. 71 (1), pp. 107-113.

Khimija jadernogo gorjuchego. M., Go-shimizdat, 1956, 552 p.

Zolotov Ju.A., Spivakov B.Ja., Khimija processov jekstrakcii, M., Nauka, 1972, 288 p.

Kol'dic L., Anorganikum, Vol. 1, M., Mir, 1984, 672 p.

Ajnshtejn V.G., Obshhij kurs processov i apparatov himicheskoj tehnologii, ch.2, Moskva, Khimija, 2002, 872 p.

Velavendan P., Ganesh S., Pandey N.K., Geetha R. et al., J. Radioanal. Nucl. Chem., 2013, Vol. 295, pp. 1113-1117. Doi:10.1007/s10967-012-1945-1.

NIST Chemistry WebBook, NIST Stand-ard Reference Database Number 69, 2018 (https://webbook.nist.gov/chemistry/); DOI:10.18434/T4D303.