Теоретические основы химической технологии, 2019, T. 53, № 1, стр. 15-22

Исследование распределения ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в экстракционной системе, используемой в центробежном экстракционном полупротивоточном генераторе изотопа иттрия-90 медицинского назначения

А. Ю. Цивадзе 1, А. Т. Филянин 1*, О. А. Филянин 1, Н. А. Данилов 1

1 Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
Москва, Россия

* E-mail: a.filyanin@yandex.ru

Поступила в редакцию 19.09.2018
После доработки 28.09.2018
Принята к публикации 27.09.2018

Полный текст (PDF)

Аннотация

Изучен метод распределения ди-2-этилгексилфосфорной кислоты между додеканом, изооктаном, гексаном и пятимолярной соляной кислотой с целью максимального удаления из реэкстракта иттрия-90. Предложена дополнительная его промывка этими растворителями, для чего разработан специальный одноступенчатый центробежный аппарат с подвижной легкой фазой. Количественное содержание иттрия-90 в конечном продукте определялось электролитическим методом. Малые концентрации ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в водной фазе определяли экстракционно-спектрофотографическим методом.

Ключевые слова: экстракция, растворитель, центробежный генератор, иттрий-90, стронций-90, ди-2-этилгексилфосфорная кислота

DOI: 10.1134/S0040357119010160

ВВЕДЕНИЕ

Все более широкое применение в медицине находят короткоживущие радионуклиды и меченные ими соединения [1]. Радионуклидная диагностика используется для обнаружения различных заболеваний человека на ранних стадиях; метод радионуклидной терапии, основанный на использовании открытых источников α- и β-излучения, способных создавать высокие локальные дозы облучения, используется для предупреждения болей при костных метастазах, для лечения метастаз печени, легких, рака почки, раковых поражений головного мозга, предстательной железы и других онкологических заболеваний. Радиоактивный изотоп иттрий-90 широко используется в медицине для терапевтических целей [2]. Это связано с тем, что он обладает оптимальными ядерно-физическими характеристиками и имеет небольшой период полураспада – 64.2 ч, является практически чистым β-излучателем – 99.98% и обладает большой энергией излучения – 2.27 МэВ, способной создавать высокие локальные дозы облучения. Радионуклид 90Y образуется в результате распада 90Sr по следующей схеме [3]:

$^{{90}}{\text{Sr}}{{\xrightarrow{{{\beta (0}{\text{.54 М э В ), 28 л е т }}}}}^{{90}}}{\text{Y}}{{\xrightarrow{{{\beta (2}{\text{.27 М э В ), 64}}{\text{.2 ч а с а }}}}}^{{90}}}{\text{Zr (с т а б и л ь н ы й )}}{\text{.}}$

Источником получения стронция-90 являются концентраты продуктов деления изотопов урана-233, 235, 238 и плутония-239. Обычно не удается за одну операцию выделить стронций-90 требуемой степени чистоты, и необходимо проведение дополнительного процесса очистки, который чаще всего осуществляется сорбционными методами [4, 5].

Главное требование к изотопу иттрия-90 – его глубокая очистка от материнского изотопа стронция-90 и примесей тяжелых металлов. Эта задача наиболее эффективно решается экстракционным путем при использовании фосфорорганических кислот, например ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (Д2ЭГФК). Практически во всех случаях используются лабораторные процедуры с применением делительных воронок, хроматографических процессов и сублимационных методов [6]. При этом необходимо отметить, что для проведения различных технологических процессов широко используются центробежные аппараты [7, 8]. В предлагаемом варианте в основу положен разработанный ранее [9] экстракционный метод получения высокочистого иттрия-90, основанный на применении специально разработанного экстракционного центробежного полупротивоточного генератора иттрия-90, состоящего из двух блоков [10].

Первый блок – двухступенчатый экстракционный центробежный полупротивоточный аппарат с подвижной легкой фазой [11, 12], в котором первая ступень является экстракционной, вторая – промывной. Экстрактор предназначен для выделения иттрия-90 0.25 М раствором Д2ЭГФК в додекане из азотнокислого раствора (0.5 М HNO3) равновесной смеси 90Sr с 90Y и промывки экстракта 0.5 М HNO3.

Второй блок – одноступенчатый экстракционный центробежный полупротивоточный аппарат с неподвижной легкой органической фазой. Он предназначен для проведения двух последовательных операций: глубокой отмывки иттрия-90 от следов стронция-90 0.1 М соляной кислотой и последующей реэкстракции иттрия-90 5–6 М HCl.

Главное достоинство подобного сочетания двух разных экстракционных центробежных полупротивоточных аппаратов заключается в том, что блок I обеспечивает практически полное извлечение 90Υ, содержание стронция-90 в котором составляет ~0.1%. При этом объем экстракта иттрия-90, получаемый на блоке I, в 2–2.5 раза меньше объема исходного раствора, подаваемого на первую ступень, т.е. процесс выделения иттрия-90 проходит одновременно с его концентрированием. Второй блок дает возможность осуществить отмывку экстракта иттрия-90 от следов материнского изотопа стронция-90 до любой степени чистоты, что зависит только от относительного объема пропущенного промывного раствора. Затем на этом же аппарате проводится процесс реэкстракции 90Y, полнота которой зависит также только от относительного объема пропущенной 5 М HCl.

Одним из недостатков разработанного экстракционного полупротивоточного экстракционного генератора иттрия-90 медицинского назначения является возможность загрязнения конечного реэкстракта иттрия-90 экстрагентом (Д2ЭГФК), в результате чего значительно уменьшается выход конечного продукта в виде хлорида иттрия, который используется для перевода в лекарственную форму.

Поскольку литературные данные по растворимости Д2ЭГФК в подобных экстракционных системах отсутствуют, то необходимо было:

1. изучить распределение Д2ЭГФК между додеканом и 5 М HCl, найти растворимость Д2ЭГФК в 5 М HCl;

2. попытаться подобрать растворитель из представленных парафиновых углеводородов и изучить распределение микроколичеств Д2ЭГФК между этими растворителями и 5 М HCl;

3. смоделировать удаление растворенной Д2ЭГФК из реэкстракта 90Y (5 М HCl) путем полупротивоточной промывки ее выбранным растворителем.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Чтобы выполнить поставленную задачу, необходимо было смоделировать процесс получения реэкстракта 90Y на созданном ΙΙІ блоке одноступенчатого экстракционного центробежного аппарата с подвижной легкой фазой, принципиальная схема которого представлена на рис. 1.

Рис. 1.

Принципиальная схема одноступенчатого экстракционного центробежного полупротивоточного аппарата с подвижной легкой фазой (третий блок): 1 – трубка отбора; 2 – неподвижный фланец; 3 – вращающийся корпус; 4 – камера отбора; 5 – кольцевая перегородка; 6 – камера расслаивания; 7 – разделительное кольцо; 8 – центральная трубка; 9 – кольцевой зазор; 10 – мешалка; 11 – камера смешения.

Третий блок экстракционного генератора иттрия-90 работает следующим образом. Реэкстракт иттрия-90 в 5 М HCl, полученный на втором блоке, через центральную трубку 8 подается в определенном объеме в камеру смешения 11. После заполнения аппарата запускают электродвигатель, который приводит во вращение экстрактор. Затем включают перистальтический насос и начинают подавать в качестве органического растворителя изооктан с расходом 5–6 мл/мин через центральную трубку 8 в камеру смешения 11. Равномерное перемешивание жидкостей в камере смешения 11 обеспечивается мешалкой 10. Образовавшаяся эмульсия из смесительной камеры 11 через кольцевой зазор 9 попадает в камеру расслаивания 6, где под действием центробежных сил она расслаивается на легкую и тяжелую фазы. При этом обедненная по легкой фазе эмульсия через кольцевой зазор 9 из камеры расслаивания 6 возвращается снова в смесительную камеру 11, создавая рециркуляцию в аппарате. По мере поступления легкой фазы (изооктана) она доходит до внутреннего радиуса, определяемого кольцевой перегородкой 5, и поступает в камеру отбора 4, откуда с помощью трубки отбора 1 выводится из аппарата. Затем экстрактор останавливается и очищенный реэкстракт иттрия-90 в 5 М HCl с помощью вакуума и центральной трубки 8 выводится из аппарата и передается на упаривание.

Краткая характеристика использованных в ходе работы реактивов. В работе использовались стандартные реактивы (табл. 1), выпускаемые в промышленности квалификации х. ч. и ч. д. а.; дополнительной очистки не подвергались за исключением технической Д2ЭГФК.

Таблица 1.  

Характеристика реактивов, используемых в работе

Наименование ГОСТ, техническая характеристика
1 Азотная кислота х. ч. ГОСТ 4461-67
2 Гексан х. ч. МРТУ 6-09-2937-66
3 Додекан х. ч. МРТУ 6-09-4615-67
4 Натрий гидроокись х. ч. ГОСТ 54328-66
5 Соляная кислота х. ч. ГОСТ 3118-67
6 Ди-2-этилгексилфосфорная кислота (Д2ЭГФК) техн. ТУ 6-09-782-76
7 Ацетон ч. д. а. ГОСТ 2603-71
8 Родамин Ж ФС42-2619-89
9 2.2.4-Триметилпентан х. ч. LAB-SKIN

Растворы Д2ЭГФК готовили с добавлением к навеске концентрированной кислоты соответствующих количеств органических растворителей: гексана (tb = 68.7°С), изооктана (tb = 99.2°С) и додекана (tb = 216.3°С) [13].

В работе были использованы радиоактивные изотопы 90Y и 90Sr, приведенные в табл. 2.

Таблица 2.  

Радиоизотопы, используемые в работе

Изотоп Тип распада Период полураспада E, МэВ (выход β-частицы, %)
1 90Sr β 28.5 лет 0.546 (100)
2 90Y β 64.2 ч 2.274 (99.98)
0.513 (9.016)

Методика проведения опытов и основные методы анализа. Проведен радиохимический анализ и получены данные по распределению 90Y и 90Sr между водными растворами HCl различной концентрации и 0.25 М Д2ЭГФК. Предварительно подготовленную экстракционную систему, например, 0.1 М HCl и 0.25 М Д2ЭГФК, помещали в 2 делительные воронки (№ 1 и 2) – 5 мл водной и 5 мл органической фазы в каждую. В третьей делительной воронке (№ 3) находились изотопы 90Sr и 90Y (107 Бк/мл) в экстракционной системе 5 М HCl + 1 М Д2ЭГФК в додекане. Воронку № 3 встряхивали, и после расслаивания 90Y переходил в органическую фазу в соответствии с коэффициентом распределения D(Y) > 1000, а 90Sr в соответствии с коэффициентом распределения D(Sr) < 0.001 оставался в водной фазе. Капилляром отбирали порцию Д2ЭГФК в додекане, содержащую 90Y, и вносили ее в воронку № 1, в которой в дальнейшем определяли D(Y) по счету в водной и органической фазах в воронке № 1. Из водной фазы воронки № 3 капилляром отбирали порцию 5 М HCl, содержащую 90Sr, и вносили ее в воронку № 2, где определяли коэффициент распределения 90Sr по счету водной и органической фаз в воронке № 2.

Концентрации Д2ЭГФК в органической фазе (>0.1 М) и HCl в водной фазе определяли титрованием 0.21 Н раствором щелочи (NaOH) с индикатором фенолфталеином.

Малые концентрации Д2ЭГФК, растворенные в водной фазе, определяли экстракционно-спектрофотометрическим методом, а именно путем измерения оптической плотности комплекса Д2ЭГФК с родамином Ж при 520 нм.

Для определения концентрации Д2ЭГФК непосредственно в додекане, изооктане и гексане были проведены дополнительные исследования. Метод основан на изменении коэффициентов пропускания исследуемого раствора при изменении концентрации вещества в растворе. Для построения калибровочного графика (рис. 2) использовали 5 стандартных растворов Д2ЭГФК в бензоле с концентрацией 0.3 × 10–6–6.2 × 10–6 моль/л.

Рис. 2.

Калибровочные кривые Д2ЭГФК с родамином Ж в бензоле (1) и изооктане (2).

Разработана методика проведения опытов по распределению Д2ЭГФК между водными растворами 5 М HCl и растворами Д2ЭГФК в гексане, изооктане и додекане, которую проводили в делительных воронках вместимостью 150 мл при температуре 25 ± 2°С.

Для экстракции отбирали 35 мл 5 М HCl и 35 мл соответствующих растворов Д2ЭГФК в исследуемом растворителе и перемешивали вручную в течение трех мин (время, достаточное для установления равновесия). Затем из водной фазы отбиралась проба 5 М HCl с растворенной Д2ЭГФК, которую помещали в чистую делительную воронку. Объем водной фазы доводили до 35 мл 1 М HCl. В ту же воронку добавляли 35 мл бензола. Содержимое встряхивали в течение 3 мин, и после расслаивания органическую фазу (~30 мл) центрифугировали и помещали в чистую делительную воронку. В эту же воронку добавляли 30 мл 0.02% раствора родамина Ж в ацетатном буфере (pН 6.46), встряхивали в течение трех минут. Образующийся окрашенный комплекс родамина Ж с Д2ЭГФК в бензоле центрифугировали и измеряли оптическую плотность бензольного раствора при 514 нм на спектрофотометре СФ-26.

В экспериментах были использованы следующие измерительные приборы и оборудование:

спектрофотометр СФ-26;

спектрофотометр GENESYS 2;

pН-метр – ионометр “ЭКОТЕСТ 120” с комбинированным электродом;

весы технические лабораторные;

весы аналитические электронные KERN ALS 220-4;

весы торсионные типа ВТ на 500 мг;

центрифуга ОПН-8 с ротором РУ-Л;

ΙΙІ блок центробежного одноступенчатого генератора 90Y медицинского назначения.

Изучение распределения Д2ЭГФК в экстракционной системе, используемой в генераторе 90Y медицинского назначения. Целью настоящей работы было изучение распределения Д2ЭГФК в экстракционной системе 5 М HCl–парафиновые углеводороды (додекан, изооктан, гексан) и максимальное удаление Д2ЭГФК из реэкстракта иттрия-90, поступающего на упаривание. Достижение поставленной цели позволит увеличить выход конечного продукта иттрия-90 в виде хлорида иттрия на 30–40%, что будет способствовать улучшению экономических показателей процесса.

Именно эта экстракционная система (0.25 М Д2ЭГФК–5 М HCl) используется на ΙΙІ блоке экстракционного одноступенчатого генератора изотопа 90Y медицинского назначения. Выполнение этой работы позволит усовершенствовать технологию выделения 90Y в форме YCl3, которая используется при синтезе медицинских препаратов, меченных изотопом 90Y.

Центробежный полупротивоточный экстракционный генератор позволяет в пределах 2 ч получать изотоп 90Y с содержанием 90Sr не более 10–6% с выходом не менее 95% по сравнению с исходной его активностью, поступающей вместе со 90Sr на первую ступень Ι блока генератора. Однако с целью получения изотопа иттрия и именно в форме YCl3, необходимой для синтеза медицинских препаратов, остаток от упаренного реэкстракта 5 М HCl, содержащего 90Y, смывали безводным спиртом. Из спиртового раствора иттрий осаждали на катоде электролизом. С катода иттрий смывали 0.1 М HCl. При этом на катоде осаждалось не более 50% 90Y (по активности) от его содержания в спиртовом растворе.

Было высказано предположение, что на катоде осаждается лишь та часть иттрия, которая находилась в хлоридной форме, а остается та часть иттрия, которая находилась в малодиссоциированной форме, например, в виде комплекса с Д2ЭГФК (Y[HR]3), растворенной в реэкстракте, после его контакта с 0.25 М Д2ЭГФК в додекане.

В качестве экстрагента используется раствор 0.25 М Д2ЭГФК в додекане.

Доступная для использования Д2ЭГФК содержит примеси нейтральных алкилфосфатов, примеси пиро- и моно-2-этилгексилфосфорной кислотой (М2ЭГФК), а также посторонних металлов, поэтому она предварительно подвергалась очистке с тем, чтобы концентрация Д2ЭГФК в конечном продукте была 2.7–2.8 моль/л и содержание М2ЭГФК не превышало 1.5%. Содержание М2ЭГФК определяется ее относительно высокой растворимостью в водной фазе и высокой скоростью ее радиолиза с образованием в качестве конечного продукта H3PO4, которая в свою очередь будет связывать иттрий в плохо экстрагируемую, малодиссоциированную форму фосфата иттрия YPO4.

Для очистки Д2ЭГФК может быть использована любая из известных методик, гарантируемых получение конечного продукта требуемого качества. Нами была использована методика, разработанная в Академии химзащиты, в основу которой положены щелочной гидролиз пирофосфатных примесей и различие растворимостей натриевых солей Д2ЭГФК и кислой натриевой соли М2ЭГФК в CCl4.

Анализ кривой потенциометрического титрования полученной Д2ЭГФК (рис. 3) показал, что с помощью этой методики содержание М2ЭГФК в очищенной Д2ЭГФК уменьшилось до 1.27%, выход составил 65%, концентрация полученной кислоты составляла 2.7 моль/л, плотность (измерили с помощью торсионных весов) 0.975 кг/м3. Таким образом, очищенная Д2ЭГФК соответствует требованиям регламента. Однако главным параметром, определяющим применение очищенной партии Д2ЭГФК, являются величины коэффициентов распределения (D) и разделения (β) иттрия и стронция. Поэтому путем разбавления полученной Д2ЭГФК был приготовлен ее раствор в додекане с концентрацией 0.25 моль/л и определены величины коэффициентов распределения и разделения Y и Sr при экстракции их из растворов соляной кислоты различной концентрации. Как видно из табл. 3, при концентрации HCl 0.1 моль/л (условия, соответствующие параметрам первой ступени ΙΙ блока) D(Y) > 5000, а D(Sr) ≈ 0.04.

Рис. 3.

Кривые потенциометрического титрования технической (1) и очищенной (2) Д2ЭГФК.

Таблица 3.  

Величины коэффициентов распределения D и разделения β(Y/Sr) в зависимости от концентрации HCl в равновесной водной фазе

Caq.ph(HCl), моль/л D(Y) D(Sr) β(Y/Sr)
0.1 >5000 0.04 >1.25 × 105
0.25 >5000 0.025 >2 × 105
0.5 50 0.01 5 × 103
1.0 4 0.008 5 × 103
2.0 0.8 0.003 2.67 × 102
3.0 0.04
5.0 0.009 ~0.001 9

Такие величины коэффициентов распределения обеспечивают дополнительную отмывку 90Y от 90Sr и практически полностью позволяют удерживать иттрий в органической фазе. На втором блоке осуществляется реэкстракция иттрия 5 М HCl. При этом величина коэффициента распределения D(Y) ≈ 0.009, что позволяет на 99% извлечь иттрий из 0.25 М Д2ЭГФК.

Таким образом, полученная партия Д2ЭГФК полностью соответствует экстрагенту, используемому в центробежном экстракционном генераторе изотопа Y и именно с таким экстрагентом было изучено распределение Д2ЭГФК между водной (5 М HCl) и органической (парафиновые углеводороды) фазами.

Изучение распределения Д2ЭГФК между 5 М HCl и парафиновыми углеводородами. Как уже отмечалось, наличие в реэкстракте иттрия (5 М HCl), поступающем на упаривание, Д2ЭГФК является нежелательным явлением.

Упаривание проводили под вакуумом в стеклянных сосудах с внешним обогревом теплоносителя (горячая вода). При этом 5 М HCl полностью упаривается, а Д2ЭГФК, имеющая высокую температуру кипения, с большой долей вероятности останется в выпарном аппарате. При последующем растворении в безводном спирте оставшаяся Д2ЭГФК неизбежно провзаимодействует с иттрием с образованием прочного слабо диссоциирующего комплекса и выход иттрия-90 в виде YCl3 уменьшится.

Поэтому целесообразно удалить растворенную в 5 М HCl Д2ЭГФК до минимально возможной концентрации, до упаривания. Поскольку при получении 90Y в экстракционном центробежном генераторе в качестве растворителя используется додекан, то первоначально было изучено распределение Д2ЭГФК в экстракционной системе 5 М HCl–0.25 М раствор Д2ЭГФК в додекане.

Из табл. 4 видно, что растворимость Д2ЭГФК в 5 М HCl уменьшается по мере уменьшения ее концентрации в додекане. Величины коэффициентов распределения уменьшаются в том же направлении.

Таблица 4.  

Распределение Д2ЭГФК между 5 М HCl и додеканом

Corg.ph(Д2ЭГФК), моль/л Caq.ph(Д2ЭГФК), моль/л ×105 D(Д2ЭГФК)
0.05 0.80 6250
0.15 2.39 6280
0.25 2.50 10 000
0.35 2.72 12 870
0.88 2.83 31 095
1.20 3.19 37 620
2.70 31.0 8710

Определение величины коэффициентов распределения Д2ЭГФК при очень малых ее концентрациях в органической фазе (~10–5 моль/л) и определение возможности удаления растворенной в 5 М HCl Д2ЭГФК проводили следующим образом. В делительную воронку помещали 35 мл 5 М HCl после предварительного контакта ее с 0.25 М раствором Д2ЭГФК в додекане (в результате чего в водную фазу переходило ~2.3 × 10–5 М Д2ЭГФК) и добавляли 35 мл додекана. После перемешивания фаз в течение трех мин и последующего расслаивания определяли концентрацию Д2ЭГФК в равновесной водной фазе (5 М HCl), которая составила Caq.ph = 2.1 × 10–6 моль/л. По разнице между Cin(Д2ЭГФК) и Ceq(Д2ЭГФК) определяли концентрацию ее в додекане, которая составляла 2.09 × 10–5 моль/л. Величина очистки Д2ЭГФК в таком случае составила

$\begin{gathered} D = \frac{{{{C}_{{{\text{in}}}}}{\text{(Д 2Э Г Ф К )}} - {{C}_{{{\text{eq}}}}}{\text{(Д 2Э Г Ф К )}}}}{{{{C}_{{{\text{aq}}{\text{.ph}}}}}{\text{(Д 2Э Г Ф К )}}}} = \\ = \frac{{2.09 \times {{{10}}^{{ - 5}}}}}{{2.1 \times {{{10}}^{{ - 6}}}}} \approx 10. \\ \end{gathered} $

Эта величина D в дальнейшем использовалась при расчете выходной кривой при моделировании противоточного процесса. При повторной промывке 5 М HCl равным объемом додекана остаточная концентрация Д2ЭГФК в 5 М HCl составляла <1 × 10–7 моль/л (предел обнаружения). Однако существует возможность попадания додекана, используемого для удаления растворенной в 5 М HCl Д2ЭГФК, в аппарат для упаривания реэкстракта. В случае использования высокотемпературного метода такое упаривание не представляет опасности. При низкотемпературном же упаривании существует опасность попадания додекана, температура кипения которого составляет 216.3°С, в конечный продукт YCl3, что нежелательно. Поэтому для удаления Д2ЭГФК, растворенной в 5 М HCl, были выбраны 2 представителя парафиновых углеводородов: гексан (tb = 68.7°С) и изооктан (tb = 99.24°С). Температура кипения гексана ниже температуры кипения воды, температура кипения изооктана близка к температуре кипения воды. Таким образом, использование названных растворителей гарантирует полное удаление их в процессе обоих видов упаривания. С этой целью было исследовано распределение Д2ЭГФК между 5 М HCl и гексаном, а также между 5 М HCl и изооктаном (табл. 5).

Таблица 5.  

Распределение Д2ЭГФК между 5 M HCl и гексаном, а также между 5 М HCl и изооктаном

Гексан Изооктан
Corg.ph, моль/л Caq.ph, моль/л ×105 D Corg.ph, моль/л Caq.ph, моль/л ×105 D
1.19 × 10–5 0.14 8.5 1.1×10–5 0.11 9.9
0.05 1 5000 0.05 0.9 5560
0.27 2.06 13 110 0.10 1.42 7420
0.53 2.39 22 180 0.26 1 26 000
0.80 3.90 20 510 0.47 4 11 750
1.04 5.00 20 800 1.05 7 15 000
2.72 30.0 9070 2.23 23 9670

На рис. 4 изображен спектр, снятый с холостого раствора изооктана, предварительно проконтактировавшего с родамином Ж. Спектр снимали, чтобы удостовериться, что в случае изооктана замеры пропускания проб непосредственно в органической фазе можно проводить при 520 нм, как и в случае с бензолом.

Рис. 4.

Спектры поглощения комплекса Д2ЭГФК с родамином Ж в бензоле (1) и изооктане (2).

Из представленных в табл. 5 данных следует, что распределение Д2ЭГФК между 5 М HCl и гексаном, а также между 5 М HCl и изооктаном аналогично распределению ее между 5 М HCl и додеканом. Коэффициенты распределения Д2ЭГФК при ее малой концентрации в 5 М HCl (~10–5 моль/л) близки к 10. Величина коэффициента распределения D(Д2ЭГФК) = 10 была использована в дальнейшем для расчета выходной кривой в опытах с полупротивоточной центробежной ступенью генератора (рис. 5).

Рис. 5.

Расчетная кривая зависимости относительной концентрации Д2ЭГФК в 5 М HCl от объема пропущенного промывного раствора.

Из табл. 6 видно, что по мере увеличения объема гексана содержание Д2ЭГФК в органической фазе, а следовательно, и в находящейся в равновесии с органической, водной фазе, убывает. После пропускания ~100 мл гексана через неподвижную водную фазу (5 М HCl) экстрактор был остановлен, и 5 М HCl была из него удалена. Анализ Д2ЭГФК в удаленной кислоте показал, что ее концентрация ниже предела обнаружения 1 × 10–7 моль/л, т.е. ее концентрация гарантировано снизилась примерно в 100 раз. Для уменьшения содержания Д2ЭГФК в 5 М HCl в 1000 раз достаточно пропускания 150 мл гексана. Аналогичные результаты были получены с додеканом и изооктаном.

Таблица 6.  

Содержание Д2ЭГФК в пробах гексана (Vпробы = 10 мл) после пропускания его через неподвижную водную фазу

V, мл 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Corg.ph, моль/л ×105 7.67 7.00 4.07 1.25 1.00 0.64 0.53 0.29 0.32 0.037

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучено распределение Д2ЭГФК между 5 М HCl и следующими парафиновыми углеводородами: додеканом, изооктаном и гексаном. Показано, что полупротивоточным методом можно очистить реэкстракт иттрия-90 от растворенной Д2ЭГФК не менее чем на 2 порядка (до 10–7 моль/л). В качестве органического растворителя желательно использовать изооктан. Для улучшения экономических показателей технологической схемы получения иттрия-90 медицинского назначения предполагается усовершенствовать ее путем внедрения дополнительной промывной экстракционной полупротивоточной ступени перед этапом упаривания для промывки от остаточных количеств Д2ЭГФК.

Авторы выражают благодарность инженеру Ю.В. Шумиловой принимавшей активное участие в проведении данных исследований.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

A оптическая плотность, у. е.
C концентрация, моль/л
D коэффициент распределения
E энергия, МэВ
T пропускание, %
t температура, °C
V объем, мл
β коэффициент разделения
λ длина волны, нм

ИНДЕКСЫ

aq.ph водная фаза
b кипение
eq равновесное состояние
in исходное состояние
org.ph органическая фаза
T титрант

Список литературы

  1. Kowalsky R.J, Perry J.R. Radiopharmaceuticals in Nuclear Medicine Practice. V. 1. Norwalk: Appleton & Lange, 1987.

  2. Шаповалов В.В, Мельниченко Н.А, Нерозин Н.А. и др. Экстракционно-хроматографическое выделение 90Y для медицинских целей // Радиохимия. 2012. Т. 54. № 4. С. 357.

  3. Схемы распада радионуклидов. Энергия и интенсивность излучения. Ч. 1. М.: Энергоатомиздат, 1987.

  4. Маслова Г.Б, Кудрявцева С.П, Гелис В.М, Козлитин Е.А, Полякова Н.И. Выделение и очистка стронция-90 сорбционным методом из растворов от переработки ядерного топлива. I. Извлечение стронция-90 // Радиохимия. 1975. Т. 37. № 5. С. 465.

  5. Кудрявцева С.П, Маслова Г.Б, Полякова Н.И. Выделение и очистка стронция-90 сорбционным методом из растворов от переработки ядерного топлива. II. Получение чистого стронция-90 // Радиохимия. 1995. Т. 37. № 5. С. 470.

  6. Воротынцев В.М., Малышев В.М., Петухов А.Н. Глубокая очистка веществ методом противоточной сублимации // Теорет. основы хим. технологии. 2018. Т. 52. № 5. С. 548.

  7. Шваб А.В., Зятиков П.Н., Садретдинов Ш.Р., Чепель А.Г. Моделирование процесса фракционного разделения частиц в воздушно-центробежном классификаторе // Теорет. основы хим. технологии. 2010. Т. 44. № 6. С. 641.

  8. Ахмадиев Ф.Г., Зиннатуллин Н.Н. Математическое моделирование процесса разделения двухфазных смесей в центробежном сгустителе // Теорет. основы хим. технологии. 2014. Т. 48. № 2. С. 214.

  9. Кодина Г.Е, Корпусов Г.В, Филянин А.Т. Получение радионуклида 90Y высокой чистоты на специально созданных центробежных полупротивоточных экстракторах // Радиохимия. 2002. Т. 44. № 1. С. 61.

  10. Šrank J., Melichar F., Filyanin A.T., Tomeš M., Beran M. Preparation of 90YCl3 radiopharmaceutical precursor for nuclear medicine using technology of centrifugal extractors // Applied Radiation and Isotopes. 2010. V. 68. № 12. P. 2163.

  11. Корпусов Г.В., Филянин А.Т., Сальникова Е.В. Центробежный экстрактор. Пат. 827105 СССР. 1981.

  12. Цивадзе А.Ю., Филянин А.Т., Корпусов Г.В., Коди-на Г.Е., Филянин О.А. Центробежный экстрактор. Пат. 47244 РФ. 2005.

  13. Мартынов Б.В. Справочник по экстракции. Т. 3. Экстракция органическими кислотами и их солями. М: Атомиздат, 1978.

Дополнительные материалы отсутствуют.