Направленный синтез сорбционных материалов на основе фосфатов Ti-Ca-Mg (заключительный)

Предложен научный подход к направленному синтезу функциональных материалов на основе фосфатов титана, кальция и магния с высокими и воспроизводимыми эксплуатационными свойствами, обеспечивающий создание эффективной технологии производства указанной продукции при переработке доступного нетрадиционного титаносодержащего и минерального сырья. Разработаны два метода синтеза (гетофазный и механохимический) композиционных сорбционных материалов из кристаллических прекурсоров - титановой соли и термоактивированного доломита. Использование титановой соли СТА на синтез сопровождается образованием фосфата титана, а образующийся в реакционной системе фосфат аммония является фосфатирующим агентом для получения фосфатов кальция и магния при взаимодействии с доломитом. Это позволяет значительно снизить расход осадителя и время синтеза по сравнению с известными методами, а детальное исследование синтеза индивидуальных фосфатов при гетерогенном способе позволило найти оптимальные условия, обеспечивающие полный переход титана, кальция и магния в композиционный материал. Разработаны методы одностадийного твердофазного синтеза ионообменного фосфата титана составов Ti(HPO₄)₂ и TiO(OH)H₂PO₄, а также фосфатов кальция и магния, что позволяет исключить известные жидкофазные способы получения указанных фосфатов, сопровождаемые образованием большого количества стоков, требующих больших энерго- и материалозатрат. Изучение кинетики и механизма образования индивидуальных фаз в процессе ультратонкого измельчения прекурсоров позволило разработать метод твердофазного синтеза композиционного сорбента. Детально изучены сорбционные свойства синтезированных сорбентов по отношению к катионам тяжелых металлов и радионуклидам в зависимости от рН среды, и предложены механизмы сорбции. Доказано, что сорбция на новом композиционном материале основана на синергизме действия отдельных компонентов и включает ионообменный механизм на фосфате титана и конверсию (переосаждение) с участием фосфатов щелочноземельных металлов. Для всех изучаемых систем кинетика сорбции описывается уравнением псевдовторого порядка, при этом диффузионные процессы (внешняя и внутренняя диффузия) вносят определенный вклад в общую скорость сорбции. При анализе сорбционных равновесий установлено, что в зависимости от рН среды равновесие в реакционной системе может быть описано изотермами Ленгмюра или Редлиха - Петерсона. Испытания сорбентов на реальных жидких радиоактивных отходах подтвердили перспективность их применения для очистки радиоактивных растворов сложного состава.