Synthesis and investigation of composite sorbents based on mixed K-Co and K-Cu ferrocyanides for cesium extraction from aqueous media

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A new method of creating composite sorption materials based on mixed K-Co and K-Cu ferrocyanides using polyethylene is proposed. The uniqueness of this method lies in the hydrophobisation of the material by integrating polyethylene fibres into the ferrocyanide structure. The surface morphology and structure of the obtained sorbents were investigated by scanning electron microscopy, X-ray phase analysis and low-temperature nitrogen adsorption. The peculiarities of extraction of micro- and macro concentrations of Cs+ cations and 137Cs radionuclide from sea water under static conditions were studied. The approximation of experimental sorption data using the Langmuir and Freundlich equations has been carried out, and the values of limiting sorption Gmax and adsorption equilibrium constant Kl have been calculated. It is demonstrated that the sorbents synthesised with the addition of polyethylene have the best sorption characteristics, achieving up to 99% purification of seawater from caesium ions. The average distribution coefficient of caesium in seawater is 3.8×10^4 ml/g at a solid-to-liquid phase ratio of 1000 ml/g, which indicates the prospects of their application for purification of seawater from radiocaesium.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. N. Drankov

Far Eastern Federal University

Author for correspondence.
Email: artur.drankov@gmail.com
Russian Federation, Vladivostok

V. A. Balybina

Far Eastern Federal University

Email: artur.drankov@gmail.com
Russian Federation, Vladivostok

A. M. Zarubobo

The Joint Institute for Power and Nuclear Research–Sosny of the National Academy of Sciences of Belarus

Email: artur.drankov@gmail.com
Belarus, Minsk

V. V. Milutin

Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry A.A. Frumkin, Russian Academy of Sciences

Email: artur.drankov@gmail.com
Russian Federation, Moscow

A. O. Lembikov

Far Eastern Federal University

Email: artur.drankov@gmail.com
Russian Federation, Vladivostok

S. M. Pisarev

Far Eastern Federal University

Email: artur.drankov@gmail.com
Russian Federation, Vladivostok

E. A. Ponomareva

Far Eastern Federal University

Email: artur.drankov@gmail.com
Russian Federation, Vladivostok

N. Y. Savelyev

Far Eastern Federal University

Email: artur.drankov@gmail.com
Russian Federation, Vladivostok

N. G. Kokorina

Far Eastern Federal University

Email: artur.drankov@gmail.com
Russian Federation, Vladivostok

References

  1. Авраменко В.А., Железнов В.В., Майоров В.Ю. и др. // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 5.
  2. Alshuraiaan B., Pushkin S., Kurilova A. et al. // Energies. 2021. V. 14. № 12. P. 3079. https://doi.org/10.3390/en14123709
  3. Diaz-Maurin F., Sun H.C., Yu J. et al. // Mater. Res. Soc. 2019. № 4. P. 959. https://doi.org/10.1557/adv.2018.636
  4. Gupta N.K., Sengupta A., Gupta A. et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2018. V. 6. № 2. P. 2159. https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.03.021
  5. Avramenko V.A., Burkov I.S., Zheleznov V.V. et al. // At. Energ. 2002. V. 92. № 6. Р. 488.
  6. Avramenko V.A., Egorin A.M., Papynov E.K. et al. // Radiochem. 2017. V. 59. № 4. P. 407. https://doi.org/10.1134/S1066362217040142
  7. Милютин В.В., Гелис В.М., Козлитин Е.А. и др. // Вопросы радиационной безопасности. 2013. № 4. С. 23.
  8. Тананаев И.Г., Авраменко В.А. // Журн. Белорус. гос. ун-та. Сер. Экология. 2017. № 4. С. 33.
  9. Tananaev I.V., Seifer G.B., Kharitonov Yu.Ya. et al. // Ferrocyanide Chemistry. M.: Nauka. 1971.
  10. Sharygin L.M., Borovkova O.L., Kalyagina M.L. et al. // Radiochem. 2013. V. 55. № 1. P. 91. https://doi.org/10.1134/S1066362213010177
  11. Zemskova L.A., Egorin A.M., Tokar E.A. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. P. 1268. https://doi.org/10.1134/S0036023621090175
  12. Tokar’ E., Zemskova L., Tutov M. et al. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2020. V. 325. P. 567. https://doi.org/10.1007/s10967-020-07248-9
  13. Remez V.P., Zelenin V.I., Smirnov A.L. et al. // Sorbts. Khromatogr. Prots. 2009. V. 9. P. 739.
  14. Bezhin N.A., Dovhyi I.I., Milyutin V.V. et al. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2021. V. 327. P. 1095. https://doi.org/10.1007/s10967-020-07588-6
  15. Han F., Zhang G.H., Gu P.J. et al. // Radioanal. Nucl. Chem. 2013. V. 295. P. 369. https://doi.org/10.1007/s10967-012-1854-3
  16. Prout W.E., Russell E.R., Groh H.J. et al. // J. Inorg. Nucl. Chem. 1965. V. 27. P. 473. https://doi.org/10.1016/0022- 1902(65)80367 -0
  17. Vincent C., Hertz A., Vincent T. et al. // Chem. Eng. J. 2014. V. 236. P. 202. https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.09.087
  18. Zheleznov V.V., Vysotskii V.L. // At. Energ. 2002. V. 92. P. 493. https://doi.org/10.1023/A:1020270300242
  19. Kosyakov V.N., Veleshko A.N., Veleshk I.E. // Radiochem. 2006. V. 48. P. 589. https://doi.org/10.1134/S1066362206060099
  20. Egorin A., Tokar E., Zemskova L. et al. // Radiochim. Acta. 2016. V. 104. P. 657. https://doi.org/10.1080/01496395.2017.1321669
  21. Papynov E.K., Dran'kov A.N., Tkachenko I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 6. P. 820. https://doi.org/10.1134/S0036023620060157
  22. Balybina V., Dran'kov A., Tananaev I. et al. // Mater. Sci. Forum. 2021. V. 1045. P. 141. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1045.141
  23. Papynov E.K., Mayorov V.Y., Palamarchuk M.S. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2013. V. 68. P. 374. https://doi.org/10.1007/s10971-013-3039-0
  24. Svetogorov R., Dorovatovskii P., Lazarenko V. // Cryst. Res. Technol. 2020. V. 55. P. 1900184. https://doi.org/10.1002/crat.201900184
  25. Светогоров Р.Д. Dionis – Diffraction Open Integration Software. Cвидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018660965.
  26. Dran'kov A., Shichalin O., Papynov E. et al. // Nucl. Eng. Technol. 2022. V. 54. P. 1991. https://doi.org/10.1016/j.net.2021.12.010
  27. Momma K., Izumi, F. // J. Appl. Crystallogr. 2011. V. 44. P. 1272. http://dx.doi.org/10.1107/S0021889811038970
  28. Вольхин В.В., Зильберман М.В., Колесова С.А. и др. // Журн. прикл. химии. 1975. Т. 48. С. 54.
  29. Valsala T.P., Joseph A., Shah J.G. et al. // J. Nucl. Mater. 2009. V. 384. № 2. P. 146.
  30. Loos-Neskovic C., Ayrault S., Badillo V. et al. // J. Solid State Chem. 2004. V. 177. № 6. P. 1817.
  31. Giles C.H., MacEwan T.H., Nakhwa S.N. et al. // J. Chem. Soc. 1960. V. 14. P. 3973. http://dx.doi.org/10.1039/jr9600003973

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. X-ray diffraction patterns of FC K-Cu and FC K-Co, the composition of the samples is presented in Table 3.

Download (146KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Crystal structure of PC K-Co (a) and PC K-Cu (b) with marked Miller planes in Vesta software [25].

Download (363KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. SEM images of the surface of mixed ferrocyanides: a – PC K-Co-PE with the addition of polyethylene, b – PC K-Cu-PE with the addition of polyethylene.

Download (1MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Low-temperature nitrogen sorption–desorption isotherms and histograms of pore size distribution calculated by the DFT method for PC K-Co-PE (a) and PC K-Cu-PE (b).

Download (295KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Isotherms of 133Cs sorption from distilled water solutions: a – FC K-Co-Pe, b – FC K-Cu-Pe; approximation of experimental values ​​(1), using the Freundlich equation (2).

Download (168KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».