Актуальность
Главной проблемой подавляющего большинства гидрометаллургических предприятий Республики Казахстан является отсутствие перспективных высокоселективных технологий извлечения сопутствующих ионов ценных металлов. Имеющиеся технологии на гидрометаллургических предприятиях основаны на применении плотносшитых ионообменных смол зарубежного производства. Главный недостаток которых — недостаточная селективность каждой ионообменной структуры к целевому иону металла, нередко продуктовые растворы содержат ряд ценных компонентов (ионы других металлов). Добыча урана на месторождениях АО НАК «Казатомпром» методом скважинного подземного выщелачивания сопровождается сливанием в сток продуктовых растворов, содержащих ряд редкоземельных металлов (до 17 элементов), а также рений и скандий. Более того, существенным недостатком ионообменных смол является уменьшение сорбционной емкости после каждого цикла сорбции-десорбции, связанного с тем, что регенерация ионобменной полимерной структуры является очень трудоемким и длительным процессом.
Техника молекулярного импринтинга предполагает создание полимеров с молекулярными отпечатками, имеющих функциональные полости в полимерной матрице со сродством к выбранному «шаблону» (ион метала, молекула). Данная методика получения функциональных полимеров является достаточно эффективной для включения специфического распознавания шаблона анализируемого объекта в полимеры с молекулярными отпечатками. Молекулярное распознавание, лежащее в основе селективности молекулярного импритинга, напрямую зависит от комплементарного размера, формы объектов связывания, сообщаемого полимерам молекулами шаблона. Функциональные мономеры подбираются таким образом, чтобы на стадии синтеза полимера между ними и «шаблоном» осуществлялось взаимодействие. Ионы редкоземельных элементов, подобно другим ионам, имеют различия в значениях атомного радиуса, поляризуемости и плотности заряда. Эти различия являются основой проявления селективности полимерами с молекулярными отпечатками.
Цель
Цель данного проекта - разработка условий синтеза полимеров с «молекулярными отпечатками» на основе винильных мономеров, селективных к ионам скандия, для извлечения данного редкоземельного элемента из промышленных гидрометаллургических растворов предприятий Республики Казахстан. Метод получения «молекулярных отпечатков» основывается на полимеризации функциональных мономеров в присутствии специально введенных целевых молекул-шаблонов. В качестве целевого металла выбран скандий, ввиду его присутствия в продуктовых растворах в больших концентрациях и обладающего уникальными свойствами в сплавах с другими металлами (существенно улучшаются свариваемость, коррозионная стойкость, ковкость, механические характеристики и др.) для применения в современных технологиях и обладающего высокой стоимостью на международном рынке.
Ожидаемые и достигнутые результаты
ПМО представляют собой синтетический полимер со свойствами селективного молекулярного распознавания благодаря наличию полостей распознавания в полимерной матрице структурно и функционально комплементарных молекуле исследуемого элемента.
На основании экспериментальных данных, полученных при проведении исследований и испытаний можно сделать следующие выводы:
- При сравнении сорбционных свойств ПМО-Э (Sc) и ПМО-Д (Sc) видно, что ПМО-Э (Sc) показывает лучшие результаты по сорбции Sc по сравнению с ПМО-Д (Sc). Это возможно связано напрямую с использованием сшивающего агента (при использовании ЭГДМА происходит менее плотная сшивка по сравнению с ДЭГДМА). В случае более плотной сшивки затрудняется ионизация ПМО-Д (Sc), что и сказывается в более низких значениях степени извлечения.
- Наибольшая степень сорбции ионов скандия наблюдается при 48 часах, степень извлечения составляет 88,36 % и 72,35 % для ПМО-Э (Sc) и ПМО-Д (Sc), соответственно. Тогда как максимальные значения степени сорбции ионов скандия для псевдоматриц ППМО-Э и ППМО-Д составило 50,4 % и 24,3 %, соответственно.
- Для селективной сорбции ионов скандия из общего раствора целесообразно применять ПМО-Э (Sc), показавший наилучшие сорбционные характеристики.
- Для проведения расширенных лабораторных испытаний ПМО была разработана установка селективного извлечения ионов скандия, отличающаяся универсальностью и позволяющая оперативно извлекать картриджи с сорбированным ПМО. Установка изготовлена из оргстекла и обладает стойкостью к агрресивным средам, не вступает в реакцию с содержащим ионы скандия раствором.
- Разработка условий синтеза полимеров с молекулярными отпечатками на основе винильных мономеров, селективных к ионам скандия показала, что использование сшивающего агента ЭГДМА позволяет получать высокоселективные сорбенты для извлечения скандия из растворов.
- Расширенные лабораторные испытания ПМО показали, что разработанный образец сорбционной установки и разработанные сорбенты представляются перспективным в селективном извлечении ионов скандия из растворов различной природы.
Ф.И.О. членов исследовательской группы
- Джумадилов Талкыбек Кожатаевич – руководитель проекта, (Индекс Хирша – 4; Researcher ID – K-3034-2019; ORCID ID – 0000-0001-9505-3719
- Кондауров Руслан Геннадьевич – ответственный исполнитель проекта (Индекс Хирша – 3; Researcher ID – B-2857-2015; ORCID ID – 0000-0001-5998-8453; Scopus Author ID – 57195694404);
- Иманғазы Алдан Маратұлы – исполнитель проекта (Индекс Хирша - 2; Researcher ID - N-5318-2016; ORCID ID - 0000-0001-7834-1022; Scopus Author ID - 57207618185);
- Абсадыков Бахыт Нарикбаевич – исполнитель проекта (Индекс Хирша - 5; Researcher ID – ABC-9149-2021; ORCID ID – 0000-0001-7829-0958; ; Scopus Author ID – 6504694468
Список публикаций
Подана 1 статья в журнал Polymers (Clarivate analytics: Q1, IF (за 5 лет) – 4.493; Scopus: процентиль – 76, IF (CiteScore) – 4.7):
Jumadilov T., Kondaurov R., Imangazy A. Application of remote interaction effect and molecular imprinting in sorption of target ions of rare-earth metals // Polymers. – 2021.
