Evaluation of the efficiency of extraction of poorly soluble impurities from aqueous solutions by supercritical fluids in dynamic flow mode using chromatography-mass spectrometry

Сверхкритическая флюидная экстракция (СФЭ) активно используется при выделении ценных компонентов или особо токсичных и радиоактивных веществ из различных природных источников, представляющих собой водные системы. Несмотря на активное изучение этого метода, возможности его изучены ещё недостаточно полно. В данной работе в качестве модельных объектов рассмотрены два малорастворимых вещества – трибутилфосфат (ТБФ) и метанитробензотрифторид (мета-нитро-трифторметил-бензол, Ф-3), которые используются в технологиях выделения радионуклидов при пере-работке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Целью этого исследования является оценка эффектив-ности экстракционной очистки водных растворов, содержащих ТБФ и Ф-3, в динамических условиях на основании оценочного расчета и проверка его результатов в эксперименте на противоточной экс-тракционной колонне. В основу расчета положены данные о распределении примеси между водной и флюидной фазами, которые были получены в статических экспериментах. Концентрации веществ в исходных растворах (до проведения экстракции) определяли методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием (ГХ-МС) с помощью прибора SHIMADZU GCMS-TQ8040. Для хроматографического разделения использовали стандартную капиллярную колонку ZB-5MS (60 м×0.25 мм×0.25 мкм). Этим же методом определяли остаточные концентрации ТФБ и Ф-3 в водных растворах после проведения экстракции. На основании данных по экстракции в статических условиях определены коэффициенты межфазного распределения (K) для ТБФ и Ф-3 между водной фазой и сверхкритическими (СК) флюидами – CO2 и фреоном R-23 (CHF3) при 50°С и плотности флюидов около 0.4 г/см3. Показано, что в этих условиях СК CO2 является более эффективным экстрагентом для выделения ТБФ и Ф-3 из водных растворов. Полученные величины K использованы для оценки эффек-тивности экстракционной очистки водных растворов от ТБФ и Ф-3 в различных режимах. Работоспо-собность такой оценки продемонстрирована в экспериментах в противоточной экстракционной ко-лонне (ПЭК). Показано, что во всех изученных парах «извлекаемый компонент – экстрагент» степень очистки в ПЭК может достигать 0.995 при умеренном расходе экстрагента.