ТВЕРДЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ СОРБЕНТ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ОСКОЛОЧНОГО МОЛИБДЕНА-99 ИЗ ОБЛУЧЕННОГО НЕЙТРОНАМИ УРАНИЛСУЛЬФАТНОГО РАСТВОРА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК B01J20/26 B01J20/30 C01G39/00 

Изобретение относится к сорбентам, в частности твердому полимерному сорбенту, и способам их получения для извлечения радиоактивных изотопов и может быть использовано в ядерной промышленности для получения осколочного Mo-99 из уранилсульфатного раствора (UO₂SO₄ • 3H₂O) гомогенных растворных ядерных реакторов для медицины.

В настоящее время во всем мире на медицинские нужды расходуется более 50% годового производства радионуклидов. В основном они применяются для ранней диагностики заболеваний и терапии. Одним из главных условий применения радионуклидов в медицине является требование снижения дозовой нагрузки на пациента, что обеспечивается применением короткоживущих радионуклидов. Однако малый период полураспада нуклида вызывает затруднения при транспортировке и хранении изотопной продукции. Поэтому предпочтение отдается радионуклидам, среди которых доминирует Mo-99 с периодом полураспада 6,02 ч и удобной для регистрации энергией γ-излучения ≈ 140 кэВ. В настоящее время свыше 70% диагностических исследований проводится с помощью этого радионуклида.

Известен в качестве сорбента для выделения осколочного молибдена-99 из облученных растворов α-бензоионоксимом (α-"БO"), имеющий следующую структурную формулу

[В. Ф. Гиллебранд и др. Практическое руководство по неорганическому анализу М. : Гос. научно-техническое издательство химической литературы, 1967, с. 325-339].

Используемое соотношение реакции осаждения имеет вид

Особенностью α"БO" является то, что он из серной кислоты не осаждает: Ag, Pb, Hg, Bi, Cu, Cd, As, Sb, Sn, Al, Fe, Ti, Zr, Cr(III), V(IV), Ce, U, Ni, Co, Mg и Zn, а Se, Te, Re, Ru, Ro, Os, Ir и Pt не осаждаются, когда они находятся одни в растворе.

К недостаткам указанного сорбента следует отнести трудность выделения комплекса α-"БО" - Mo-99, низкую скорость сорбции и невысокую радиационную стойкость при облучении нейтронами, α-, β- и γ-лучами.

Техническим результатом изобретения является получение сорбента с высокой сорбционной избирательностью по Mo-99, отсутствием практически сорбции по урану, с повышенной термостабильностью и радиационной стойкостью.

Технический результат достигается тем, что впервые синтезирован твердый полимерный сорбент (БОКС-2) для выделения осколочного Mo-99 из уранилсульфатного раствора общей структурной формулы:

где R - стирол, эфир акриловая кислота или винил ацетат;
X = HOCH₂ CH(OH)CH₂OH.

Теоретически и экспериментально определенное содержание в сорбенте Бокс-2 C₁₀₅H₉₇O₂₄N₃ (M+1783) C, H и N приведено в табл. 1.

Сорбент получен по реакции этерификации сополимера малеинового ангидрида бензоиноксимом по следующей схеме:

Также предложен способ получения указанного сорбента, заключающийся в совместной поликонденсации сополимера малеинового ангидрида (CMA), бифункционального органического соединения (БОС) (гидрохинона, диэтиленгликоля, гексаметилендиамина, глицерина и др.) и бензоиноксима (БО) в молярных соотношениях 1 : (0,25 - 0,5 ) : (0,75 - 0,5) при нагревании в полярном органическом растворителе (диоксан, диметилформамид или толуол) при 90 - 95^oC при постоянном перемешивании в течение 1 - 2 часов, последующем осаждении сорбента водой и охлаждении до температуры 20 - 25^oC, обработке 3 - 5-кратным избытком холодной воды, выпаривании и измельчении полученного продукта, отборе частиц диаметром 1 - 2 мм. Примеры сведены в табл. 4.

ИК-спектр полученного сорбента БОКС-2 содержит полосы поглощения, характерные для функциональных групп: OH, CH, C=O, COOR, C=N и замещенных бензольных колец в областях: 3500 - 3300, 2960 - 2880, 1715, 1650 и 650 см^-1 (соответственно), что подтверждает строение полученного соединения.

Сорбция сорбентом элементов из уранилсульфатного раствора определялась через коэффициент распределения (Kd). Определение Kd Mo-99, Tc-99т и U-235 проводилось в статических условиях. Сорбция элементов проводилась при непрерывном механическом перемешивании на вибрационном смешивателе CB-1 (3000 колебаний/мин) при комнатной температуре в течение 15 мин. За это время контакта фаз сорбция Mo-99 происходила на 93 - 98%.

Количества радиоактивных элементов в твердой фазе определялись по разности между внесенным количеством радиоизотопов в водную фазу (исходный раствор) и оставшимся количеством их в водной фазе после сорбции.

Количество радиоизотопов в водной фазе определялось нанесением аликвотной части раствора на мишень из нержавеющей стали с последующими радиометрическими измерениями на α- β- и γ-установках.

Получено, что Kd элементов на сорбенте БОКС-2 равняется: Kd^Mo = 1048 (у БОКС-2п - 134), Kd^Tc=628, Kd^U=0 (табл. 2), то есть выход Mo-99 составляет 99,7%, а U-235 - не сорбируется.

Извлечение Mo-99 на сорбенте БОКС-2 в динамических условиях проводили в экстракционно-хроматографической колонке. Сорбция Mo проводилась без давления (самотеком). Выход Mo-99 составил 99,7%, Tc-99 сорбировался на 60,4%, U-235 не сорбировался (не менее 99,99% остается в растворе) (см. табл. 2, 3 и чертеж).

Для определения радиационной стойкости БОКС-2 был облучен тремя различными дозами γ-излучения. Облучение проводилось на Co-источнике ТУТ-20 с мощностью 500 Зв/с. Установлено, что максимальная доза облучения БОКС-2 не должна намного превышать 9 Мрад.

При нарушении вышеуказанных условий после осаждения сорбента водой и охлаждении до 20-25^oC выпадает осадок в виде геля, т.е. реакция образования сорбента протекает не до конца, в результате чего твердый полимерный сорбент, заявляемый в качестве изобретения, не образуется.

Изобретение может быть использовано в ядерной промышленности для выделения осколочного молибдена-99 из уранил-сульфатного раствора (UO₂SO₄ • 3H₂O) в медицинских целях. Суть изобретения: сорбент имеет следующую структурную формулу:

где R - стирол, эфиракриловая кислота или винилацетат; X - HOC₆H₄OH, HOC₂H₄C₂H₄OH, H₂N(CH₂)NH₂, HOCH₂CH(OH)CH₂OH, HOC₂H₄OH. Сорбент получается совместной поликонденсацией сополимера малеинового ангидрида, бифункционального органического соединения (гидрохинона, диэтиленгликоля, гексаметилендиамина, глицерина и др. ) и бензоиноксима в молярных соотношениях 1: (0,25-5):(0,75-0,5) при нагревании в полярном растворителе. Сорбент обладает высокой избирательностью, термо- и радиостойкостью. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил. , 4 табл.

1. Твердый полимерный сорбент для выделения осколочного Мо 99 из облученного нейтронами уранилсульфатного раствора на основе сложного эфира сополимера малеинового ангидрида и бензоиноксима общей формулы

где R - стирол, эфир акриловая кислота или винил ацетат;
X - HOC₆H₄OH, HOC₂H₄C₂H₄OH, H₂N(CH₂)NH₂, HOCH₂CH(OH)CH₂OH, HOC₂H₄OH. 2. Способ получения сорбента по п.1 совместной поликонденсацией сополимера малеинового ангидрида, бифункционального органического соединения и бензоиноксима в молярных соотношениях 1 : (0,25 - 0,5) : (0,75 - 0,5) при нагревании в полярном растворителе при 90 - 95^oC при постоянном перемешивании в течение 1 - 2 ч, последующем осаждением сорбента водой и охлаждением до 20 - 25^oC, обработкой 3 - 5-кратным избытком холодной воды, выпариванием и измельчением полученного продукта, отбором частиц диаметром 1 - 2 мм. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве бифункционального органического соединения используют гидрохинон, диэтиленгликоль или гексаметилендиамин. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве полярного растворителя используют диоксан, диметилформамид или толуол.