Адсорбционные и селективные свойства карбонатных и фосфатных сорбентов в трехкомпонентных Cs⁺, Sr²⁺, Co²⁺-содержащих растворах

Представлены результаты исследования очистки трехкомпонентных растворов, содержащих ионы Cs+, Sr2+, Co2+, карбонатными и фосфатными сорбентами, полученными из природного доломита путем термической активации при 800 °С (Д-800), фосфатированием (ФД) и фосфатированием с последующей модификацией солями цирконила (ФД-Zr). Изучена селективность и эффективность сорбентов в трехкомпонентном растворе, в том числе при последовательном применении в несколько стадий. Установлено, что синтезированные сорбенты обладают различной селективностью к ионам Cs+, Sr2+, Co2+. Карбонатные и фосфатные сорбенты Д-800 и ФД в трехкомпонентной смеси селективно сорбируют ионы двухвалентных металлов Sr2+ и Co2+. ФД-Zr не проявляет селективности ни к одному из ионов. Ряды эффективности сорбции к изученным ионам для Д-800: Со > Sr, для сорбента ФД: Со > Sr » Cs и для ФД-Zr: Со > Sr > Cs. Установлено, что наиболее эффективная очистка трехкомпонентного раствора (степень извлечения ~98‒100 %) достигается путем комбинации карбонатных и фосфатных сорбентов на разных стадиях очистки. После комбинированной трехстадийной очистки раствора остаточные концентрации ионов Co2+ ниже предела обнаружения, а ионов Sr2+ и Cs+ составляют 0,02 и 0,31 мг/л соответственно.

1. Opportunities and constraints of using the innovative adsorbents for the removal of cobalt(II) from wastewater: A review / M. A. Islam, D. W. Morton, B. B. Johnson [et al.] // Environmental Nanotechnology, Monitoring and Management. ‒ 2018. ‒ Vol. 10. ‒ P. 435‒456. https://doi.org/10.1016/j.enmm.2018.10.003

2. Recent progress in advanced functional materials for adsorption and removal of cobalt from industrial and radioactive effluents / M. Rethinasabapathy, S. M. Ghoreishian, C. H. Kwak [et al.] // Coordination Chemistry Reviews. ‒ 2025. ‒ Vol. 527. ‒ Art. 216401. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2024.216401

3. Извлечение ионов Со(II) из водных растворов термически активированным доломитом / А. И. Иванец, И. Л. Шашкова, Н. В. Китикова, Н. В. Дроздова // Журнал прикладной химии. ‒ 2014. ‒ Т. 87, № 3. ‒ С. 303‒308.

4. Facile synthesis of nanolayered manganese oxide for the efficient and selective removal of strontium(II) from nuclear wastewater / F. Wang, Q. Zheng, W. Tai [et al.] // Advanced Science. ‒ 2025. ‒ Vol. 12, N 30. ‒ Art. e17776. https://doi.org/10.1002/advs.202417776

5. Efficient removal of strontium from simulated radioactive wastewater by using mechanically modified dolomite as a novel environment-friendly adsorbent / B. Liu, S. Yu, Q. Zhang [et al.] // Acta Microscopica. ‒ 2019. ‒ Vol. 28, N 3. ‒ P. 455‒466.

6. Wang, J. Removal of cesium ions from aqueous solutions using various separation technologies / J. Wang, S. Zhuang // Reviews in Environmental Science and Biotechnology. ‒ 2019. ‒ Vol. 18. ‒ P. 231–269. https://doi.org/10.1007/s11157-019-09499-9

7. Wang, J. Metal hexacyanoferrates-based adsorbents for cesium removal / J. Wang, S. Zhuang, Y. Liu // Coordination Chemistry Reviews. ‒ 2018. ‒ Vol. 374. – P. 430–438. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2018.07.014

8. Removal of trace radioactive Cs+ by zirconium titanium phosphate: From bench-scale to pilot-scale / Y. Wu, J. Chen, Z. Liu [et al.] // Journal of Environmental Chemical Engineering. ‒ 2022. ‒ Vol. 10, N 4. ‒ Art. 108073. https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.108073

9. Physical and chemical regularities of cesium and strontium recovery from the seawater by sorbents of various types / N. A. Bezhin, I. I. Dovhyi, E. A. Tokar, I. G. Tananaev // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. ‒ 2021. ‒ Vol. 330. ‒ P. 1101–1111. https://doi.org/10.1007/s10967-021-08027-w

10. Study of simultaneous radionuclide sorption by mixture design methodology / M. Z. Šljivić-Ivanović, I. D. Smičiklas, S. D. Dimović [et al.] // Industrial & Engineering Chemistry Research. ‒ 2015. ‒ Vol. 54, N 44. ‒ P. 11212–11221. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5b03448

11. Single- and multi-stage Cs+, Sr2+, Co2+ ions adsorption by Zr–Ca–Mg phosphate sorbent from single- and multicomponent aqueous solutions / N. Kitikova, I. Shashkova, A. Ivanets, A. Dzikaya // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. ‒ 2025. ‒ Vol. 334. ‒ P. 8713‒8726. https://doi.org/10.1007/s10967-025-10578-1

12. Efficiency of bentonite in removing cesium, strontium, cobalt and uranium ions from aqueous solution: encapsulation with alginate for column application / R. A. Abou-Lilah, H. E. Rizk, M. A. Elshorbagy [et al.] // International Journal of Environmental Analytical Chemistry. ‒ 2022. ‒ Vol. 102, N 12. ‒ P. 2913‒2936. https://doi.org/10.1080/03067319.2020.1761348

13. Facile synthesis of calcium magnesium zirconium phosphate adsorbents transformed into MZr4P6O24 (M: Ca, Mg) ceramic matrix for radionuclides immobilization / A. Ivanets, I. Shashkova, N. Kitikova [et al.] // Separation and Purification Technology. ‒ 2021. ‒ Vol. 272. ‒ Art. 118912. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.118912

14. Preliminary investigation of mixed adsorbents for the removal of copper and methylene blue from aqueous solutions / A. B. Albadarin, J. Mo, Y. Glocheux [et al.] // Chemical Engineering Journal. ‒ 2014. ‒ Vol. 255. ‒ P. 525–534. https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.06.029

15. Strategic selection of an optimal sorbent mixture for in-situ remediation of heavy metal contaminated sediments: framework and case study / Y. W. Chiang, R. M. Santos, K. Ghyselbrecht [et al.] // Journal of Environmental Management. ‒ 2012. ‒ Vol. 105. ‒ P. 1‒11. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2012.03.037

16. Mixture of CaCO 3 polymorphs serves as best adsorbent of heavy metals in quadruple system / R. V. Devi, V. V. Nair, P. Sathyamoorthy, M. Doble // Journal of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste. ‒ 2022. ‒ Vol. 26, N 1. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HZ.2153-5515.0000651

17. Radioactive wastewater treatment using a mixture of TANNIX sorbent and VARION mixed bed ion exchange resin / G. Patzay, P. Tilky, J. Schunk [et al.] // International Journal of Nuclear Energy Science and Technology. ‒ 2006. ‒ Vol. 2, N 4. ‒ P. 328–341. https://doi.org/10.1504/ijnest.2006.011716

18. Lange’s Handbook of Chemistry / ed. J. G. Speight. – 16th ed. ‒ New York, 2004.

19. Non-apatite Ca–Mg phosphate sorbent for removal of toxic metal ions from aqueous solutions / A. I. Ivanets, V. Srivastava, N. V. Kitikova [et al.] // Journal of Environmental Chemical Engineering. ‒ 2017. ‒ Vol. 5, N 4. ‒ P. 2010‒2017. https://doi.org/10.1016/j.jece.2017.03.041