Экстракция цезия-137 из азотнокислых сред растворами каликс[4]арен-краун-6 эфиров в бис-тетрафторпропилкарбонате

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Изучены физико-химические и экстракционные свойства каликсарен-краун-эфиров: 1,3-альт-бис(октилокси)каликс[4]арен-крауна-6 (II) и его производных с о-фениленовым (I), метиленпропокси- (IV) и метилен(2,2,3,3-тетрафторпропокси)- (III) заместителями в краун-эфирном кольце. Растворы II в бис(2,2,3,3-тетрафторпропил)карбонате (БК-1) эффективно экстрагируют цезий из 3 моль/л азотной кислоты уже при концентрации 0.001 моль/л. Введение заместителей в краун-эфирное кольцо существенно снижает эффективность экстракции цезия, но повышает растворимость каликсарен-краун-эфиров в бис(2,2,3,3-тетрафторпропил)карбонате. Получены данные по растворимости каликсарен-краун-эфиров в воде и 3 моль/л азотной кислоте, распределению между органической и водной фазами и скорости взаимодействия с азотной кислотой. Каликсарен-краун-эфир I с о-фениленовым заместителем реагирует с 3 моль/л азотной кислотой примерно в 2 раза быстрее, чем дибензо-21-краун-7. Остальные исследованные каликсарен-краун-эфиры в аналогичных условиях с азотной кислотой не реагируют. Для молекул каликсарен-краун-эфиров, дибензо-21-крауна-7 (ДБ21К7) и их комплексов с катионом цезия проведено квантово-химическое моделирование, включающее оптимизацию геометрии структур и расчет колебательных частот. Расчетные значения ΔG0 комплексообразования лигандов с катионом цезия хорошо коррелируют с экспериментальными значениями логарифмов коэффициентов распределения lgDCs (за исключением соединения III с фторсодержащим заместителем). Растворы каликсарен-краун-эфиров в бис(2,2,3,3-тетрафторпропил)карбонате проявляют селективность к цезию и не экстрагируют из азотнокислых сред 152Eu и 241Am.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. С. Александров

Радиевый институт им. В.Г. Хлопина; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: mkaravan@khlopin.ru
Россия, 194021, Санкт-Петербург, 2-й Муринский пр., д. 28; 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7–9

Е. С. Бабитова

Радиевый институт им. В.Г. Хлопина; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: mkaravan@khlopin.ru
Россия, 194021, Санкт-Петербург, 2-й Муринский пр., д. 28; 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7–9

А. Н. Блохин

Институт высокомолекулярных соединений

Email: mkaravan@khlopin.ru
Россия, 199004, Санкт-Петербург, Большой пр. В. О., д. 31

А. А. Бречалов

Радиевый институт им. В.Г. Хлопина; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: mkaravan@khlopin.ru
Россия, 194021, Санкт-Петербург, 2-й Муринский пр., д. 28; 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7–9

В. В. Еремин

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: mkaravan@khlopin.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7–9

Ю. Е. Ермоленко

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: mkaravan@khlopin.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7–9

М. Д. Караван

Радиевый институт им. В.Г. Хлопина; Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: mkaravan@khlopin.ru
Россия, 194021, Санкт-Петербург, 2-й Муринский пр., д. 28; 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7–9

Е. В. Кенф

Радиевый институт им. В.Г. Хлопина

Email: mkaravan@khlopin.ru
Россия, 194021, Санкт-Петербург, 2-й Муринский пр., д. 28

Т. В. Мальцева

Радиевый институт им. В.Г. Хлопина

Email: mkaravan@khlopin.ru
Россия, 194021, Санкт-Петербург, 2-й Муринский пр., д. 28

А. С. Острась

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: mkaravan@khlopin.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7–9

В. В. Тимошенко

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: mkaravan@khlopin.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7–9

Л. И. Ткаченко

Радиевый институт им. В.Г. Хлопина

Email: mkaravan@khlopin.ru
Россия, 194021, Санкт-Петербург, 2-й Муринский пр., д. 28

И. В. Смирнов

Радиевый институт им. В.Г. Хлопина; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: mkaravan@khlopin.ru
Россия, 194021, Санкт-Петербург, 2-й Муринский пр., д. 28; 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7–9

Список литературы

  1. Стратегия развития ядерной энергетики России. М.: Росатом, 2023. 64 с.
  2. Логунов М.В., Ворошилов Ю.А., Бабаин В.А., Скобцов А.С. // Радиохимия. 2020. Т. 62. № 6. С. 463.
  3. Grüner B., Rais J., Seluckỳ P., Lučaníková M. // Boron Science: New Technologies and Applications / Ed. N.S. Hosmane. CRC, 2016. P. 463.
  4. Ворошилов Ю.А., Логунов М.В., Смольянихин К.В., Яковлев Н.Г. // Вопр. радиац. безопасности. 2013. № 2. P. 23.
  5. Кощеева А.М., Родин А.В., Ананьев А.В. // Радиохимия. 2023. Т. 65. № 4. С. 303–309.
  6. Smirnov I.V., Karavan M.D., Kenf E.V., Tkachenko L.I., Timoshenko V.V., Brechalov A.A. et al. // Solvent Extr. Ion Exch. 2022. Vol. 40. N 7. P. 756.
  7. Mátel Ľ., Bilbao T. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 1989. Vol. 137. N 3. P. 183.
  8. Ripon R.I., Begum Z.A., Rahman I.M.M. // Microchem. J. 2024. Vol. 199. Article 110161.
  9. Ungaro R., Casnati A., Ugozzoli F., Pochini A., Dozol J.-F., Hill C., Rouquette H. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1994. Vol. 33. P. 1506.
  10. Roach B.D., Neil W.J., Duncan N.C., Laetitia H. // Solvent Extr. Ion Exch. 2014. Vol. 33. N 2. P. 134.
  11. Simonnet M., Miyazaki Y., Suzuki S., Yaita V. // Solvent Extr. Ion Exch. 2019. Vol. 37. P. 81.
  12. Wang J., Zhuang S. // Nucl. Eng. Technol. 2020. Vol. 52. N 2. P. 328.
  13. Kumar V., Sharma J.N., Achuthan P.V., Hubli R.C. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2014. Vol. 299. P. 1547.
  14. Khan P.N., Pahan S., Sengupta A., Tessy V., Singhadeb A.K., Ali S.M. // J. Mol. Liq. 2024. Vol. 397. Article 124064.
  15. Jagasia P., Mohapatra P.K., Dhami P.S., Patil A.B., Adya V.C., Sengupta A. et al. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2014. Vol. 302. N 2. P. 1087.
  16. Wang J., Chen J., Shan J. // Solvent Extr. Ion Exch. 2015. Vol. 33. P. 249.
  17. Zhang A., Hu Q. // Sep. Sci. Technol. 2017. Vol. 52. N 10. P. 1670.
  18. Patra K., Sengupta A., Mishra R.K., Mittal V.K., Valsala T.P., Kaushik C.P. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2022. Vol. 331. N 3. P. 1473.
  19. Babain V., Alyapyshev M., Еkberg С., Todd T. // Solvent Extr. Ion Exch. 2023. Vol. 41. N 3. P. 253.
  20. Percec V., Bera T.K., De B.B., Sanai Y., Smith J., Holerca M.N., Barboiu B. // J. Org. Chem. 2001. Vol. 66. P. 2104.
  21. Adamo C., Barone V. // J. Chem. Phys. 1999. Vol. 110. N 13. P. 6158.
  22. Weigend F., Ahlrichs R. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2005. Vol. 7. P. 3297.
  23. Leininger T., Nicklass A., Kuechle W., Stoll H., Dolg M., Bergner A. // Chem. Phys. Lett. 1996. Vol. 255. P. 274.
  24. Caldeweyher E., Bannwarth C., Grimme S. // J. Chem. Phys. 2017. Vol. 147. Article 034112.
  25. Barone V., Cossi M. // J. Phys. Chem. A. 1998. Vol. 102. N 11. P. 1995.
  26. Chemcraft–graphical software for visualization of quantum chemistry computations. Version 1.8, build 682. https://www.chemcraftprog.com
  27. Smirnov I.V., Stepanova E.S., Tyupina M.Y., Ivenskaya N.M., Zaripov S.R., Kleshnina S.R. et al. // Macroheterocycles. 2017. Vol. 10. N 2. P. 196.
  28. Sharma J.N., Kumar A., Kumar V., Pahan S., Janardanan C., Tessi V., Wattal P.K. // Sep. Purif. Technol. 2014. Vol. 135. P. 176.
  29. Jagasia P., Ansari S.A., Raut D.R., Dhami P.S., Gandhi P.M., Kumar A., Mohapatra P.K. // Sep. Purif. Technol. 2016. Vol. 170. P. 208.
  30. Raut D.R., Mohapatra P.K., Choudhary M.K., Nayak S.K. // J. Membr. Sci. 2013. Vol. 429. P. 197.
  31. Patra K., Sadhu B., Sengupta A., Patil C.B., Mishra R.K., Kaushik C.P. // RSC Adv. 2021. Vol. 11. P. 21323.
  32. Jagasia P., Mohapatra P.K., Dhami P.S., Gandhi P.M., Wattal P.K. // Sep. Sci. Technol. 2014. Vol. 49. P. 2151.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Дополнительные материалы
Скачать (4MB)
Метаданные
3. Рис. 1. Структурные формулы синтезированных каликсарен-краун-эфиров.

Скачать (267KB)
Метаданные
4. Рис. 2. Спектры поглощения в УФ области растворов каликсарен-краун-эфиров в ДХЭ при концентрации 10–4 моль/л.

Скачать (52KB)
Метаданные
5. Рис. 3. Градуировочные зависимости оптической плотности стандартных растворов относительно ДХЭ от концентрации каликсарен-краун-эфиров.

Скачать (157KB)
Метаданные
6. Рис. 4. УФ-спектры продуктов взаимодействия 0.01 моль/л раствора ДБ21К7 в БК-1 с 3 моль/л азотной кислотой.

Скачать (85KB)
Метаданные
7. Рис. 5. УФ-спектры 0.001 моль/л раствора каликсарен-краун-эфира I в БК-1 до и после взаимодействия с 3 моль/л азотной кислотой.

Скачать (116KB)
Метаданные
8. Рис. 6. Распределение интенсивности рассеянного под углом 60° света по размерам для свежеприготовленных растворов каликсарен-краун-эфиров в БК-1.

Скачать (145KB)
Метаданные
9. Рис. 7. Распределение интенсивности рассеянного под углом 60° света по размерам для образцов каликсарен-краун-эфиров (через 2 дня после контакта с 1 моль/л HNO3).

Скачать (133KB)
Метаданные
10. Рис. 8. Экстракция 137Cs из растворов азотной кислоты растворами 0.001 моль/л каликсарен-краун-эфиров в БК-1.

Скачать (80KB)
Метаданные
11. Рис. 9. Зависимость коэффициентов распределения цезия от концентрации каликсарен-краун-эфиров в БК-1 при экстракции из 3 моль/л HNO3.

Скачать (89KB)
Метаданные
12. Рис. 10. Молекулярные структуры каликсарен-краун-эфиров II и III и их комплексов с цезием II·Cs+ и III·Cs+.

Скачать (121KB)
Метаданные
13. Рис. 11. Зависимость логарифма коэффициента распределения цезия –lgDCs (СКА-КЭ 0.001 моль/л; СHNO3 = 1 моль/л) от рассчитанной энергии Гиббса –ΔG0 комплексообразования.

Скачать (59KB)
Метаданные
14. Таблица 5. Расстояние Cs–Oi в комплексах каликсарен-краун-эфиров с цезием в растворе БК-1 (Å)

Скачать (209KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025