Rimozione dell'U(VI) da sistemi acquosi diluiti mediante assorbimento

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 16951 (2022) Citare questo articolo

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Le eredità delle passate attività di estrazione e macinazione dell’uranio per la fabbricazione di combustibile nucleare continuano a essere motivo di preoccupazione e richiedono una valutazione e un’azione correttiva da parte dei ricercatori di tutto il mondo. Lo scarico di acqua contaminata da uranio nell'ambiente è una questione di regolamentazione (Organizzazione Mondiale della Sanità, OMS—15 μg/L, Legislazione rumena, RO—21 μg/L), ambiente e salute. Pertanto, sono state ampiamente applicate varie tecnologie di rimozione dell'U (VI) da soluzioni acquose diluite che includono precipitazione chimica, scambio ionico, adsorbimento, immobilizzazione su nanoparticelle di ferro zero-valenti, ecc. La nostra ricerca precedente ha studiato la rimozione di U(VI) da sistemi acquosi diluiti come le acque minerarie utilizzando nanomateriali a base di Fe0 sintetizzati in laboratorio (NMS) (Crane et al. in Water Res 45:2391–2942, 2011). Il sistema acquoso ricco di carbonato è stato trattato con NMS per rimuovere l'U(VI). Si è osservato che dopo mezz'ora di tempo di reazione solo il 50% circa veniva rimosso a causa della sua elevata tendenza a formare complessi carbonati solubili stabili. Considerando ciò, il presente articolo si propone di studiare la tecnica di assorbimento/flottazione, utilizzando un sorbente generato in situ Fe2O3·nH2O e un tensioattivo oleato di sodio per rimuovere l'U(VI) da sistemi acquosi diluiti e aggiornare le conoscenze sul meccanismo del processo. Per determinare l'efficienza di rimozione dell'U(VI), sono stati studiati i fattori che influenzano: pH, dose di assorbente, concentrazione di tensioattivo, tempo di contatto, velocità di agitazione, concentrazione di U(VI), pressione dell'aria nel recipiente di acqua pressurizzata e l'effetto di alcuni ioni di metalli pesanti associati (Cu(II), Cr(VI) e Mo(VI)). L'efficienza di rimozione (%R) è stata monitorata e i suoi valori massimi hanno permesso di stabilire i parametri di separazione ottimali (i parametri di processo stabiliti), che sono stati convalidati su campioni reali di acqua di miniera (MW). Sono state ottenute elevate efficienze di rimozione U (VI) %R > 98%. La tecnica di assorbimento/flottazione è stata applicata per rimuovere l'U(VI) da due tipi di campioni di acqua di miniera reali, vale a dire rispettivamente "semplici" e "pretrattati con NMS". Per i campioni di acqua di miniera pretrattati con NMS, ha funzionato in due varianti: con e senza correzione del pH. Per intervallo pH = 7,5–9,5, rapporti molari [U(VI)] : [Fe(III)] = 1 : 75, [U(VI)] : [NaOL] = 1 : 1 × 10–2, tempo di contatto 30 min., velocità di agitazione 250 giri/min, concentrazione iniziale di U(VI) 10 mg·L−1, si ottiene la pressione dell'aria nel recipiente di acqua pressurizzata p = 4 × 105 N·m−2 %R > 98%. È stato riscontrato che l'assorbimento/flottazione può funzionare con buoni valori %R come operazione autonoma o in tandem con il pretrattamento NMS dell'acqua di miniera e la regolazione del pH si è rivelata altamente efficiente (CU(VI) < 1·10– 3 mg·L−1).

L'inquinamento radioattivo dell'ambiente causato dalla lavorazione idrometallurgica dei minerali di uranio, oltre alla contaminazione incrociata generata da altri metalli pesanti utilizzati in questo settore, rappresenta ancora una sfida per gli scienziati e una grave minaccia per la salute umana in tutto il mondo2,3,4. L'acqua di miniera generata dagli eventi meteorologici è un importante inquinante radioattivo e mobilita quantità significative di U (VI), oltre ad altri metalli pesanti associati come Cu (II), Cr (III + VI) e Mo (VI) e di conseguenza, necessita di tecnologie di bonifica altamente efficienti3,5. Sfortunatamente, le tecnologie di bonifica sviluppate come i processi di complessazione6, coprecipitazione7,8,9,10, reazioni redox9, scambio ionico11,12, estrazione con solventi13,14, adsorbimento su materiali diversi15,16,17,18,19 biorisanamento20,21 e l'immobilizzazione su nanomateriali5,18,22,23,24,25,26 presenta vantaggi e svantaggi specifici. Un esempio di vantaggio specifico è lo sviluppo di nuovi assorbenti con proprietà modificate che offrono una moltitudine di applicazioni migliorate, inclusa la selettività. In caso di rimozione dell'uranio da una soluzione acquosa si possono notare alcune ricerche a questo scopo. Chitosano reticolato utilizzando glutaraldeide in presenza di magnetite. La resina è stata modificata chimicamente attraverso la reazione con tetraetilenpentammina (TEPA) per produrre chitosano contenente ammina. Questa resina ha mostrato una maggiore affinità verso l'assorbimento di ioni UO22+ dal mezzo acquoso27. Composito di chitosano a base di Schiff con proprietà magnetiche. Questa composizione ha mostrato un'elevata affinità e una cinetica rapida per l'assorbimento degli ioni UO22+28. Nanoparticelle magnetiche di chitosano funzionalizzate mediante innesto di dietilentriammina (DETA) e ditizone per migliorare l'assorbimento di U (VI) a pH intorno a 529. La fosforilazione delle gomme guar combinata con chitosano prepara un sorbente efficiente per la rimozione di U (VI) da soluzioni leggermente acide. Inoltre, se eseguita, la fosforilazione dei nanocompositi gomme guar/magnetite/chitosano ha effetti antibatterici contro i batteri Gram+ e Gram-30. Un altro interessante nuovo sorbente per U(VI) sono le perle di silice funzionalizzate con polimeri a base di urea o tiourea31. Esempi di svantaggi sono i metodi chimici, lo scambio ionico e l'estrazione con solventi. Sono altamente efficaci nel trattamento degli effluenti che contengono grandi quantità di inquinanti, ma sono proibitivi nel risanare sistemi acquosi diluiti (soluzioni 10–3–10–6 M).