Implementación de polímeros de coordinación para la separación de elementos f

Abstract

El presente se realizo en el contexto de Programa Nacional de Gestion de Residuos Radiactivos (PNGRR) en el marco general del desarrollo e implementacion de novedosos materiales con buenas propiedades para la adsorcion de productos fision y elementos radiactivos presentes al final del ciclo del combustible nuclear. En este trabajo se sintetizo un polimero de coordinacion utilizando Zr (IV) como centros metalicos y como ligantes organicos polifosfonatos, el amino acido fosfonico trimetileno (ATMP) con el fin de evaluar su potencialidad para la extraccion selectiva de elementos del bloque f (lantanidos/tierras raras, Th y U) El objetivo principal consistio en caracterizar el compuesto Zr-ATMP puro como tambien incluido en un soporte polimerico de poliacrilonitrilo (PAN) y evaluar su desempeño en columnas cromatograficas para la adsorcion y separacion intralantanidos (tierras raras) El compuesto Zr-ATMP fue sintentizado con distintas fracciones molares de fosforo (0.6, 0.8 y 0.9) mediante metodos hidrotermales. a partir de los patrones de difraccion se infirio que el compuesto obtenido es altamente amorfo. Fue necesario utilizar un metodo de granulacion e inclusion (esferas pequeñas y hebras) para el compuesto Zr-ATMP utilizando de soporte polimerico PAN. El compuesto Zr-ATMP PAN en forma granular y de hebras fue ensayado en columnas cromatograficas, ya que resulta inapropiado el uso del polvo Zr-ATMP directo sin una morfologia adecuada. Luego se empaco en columnas de intercambio ionico y se midieron sus curvas de rupturas. Se evaluo la selectividad del material por los diferentes elementos, especialmente la serie de los lantanidos, Th y U a partir de una solucion simulante multielemental con dichos elementos. A traves del uso de diferentes acidos a concentraciones variables se intento ajustar las propiedades de adsorcion. En los ensayos llevados a cabo, se observo que el compuesto presenta una alta afinidad por Sc3+ definido por IUPAC como tierra rara. A partir de este resultado se llevaron a cabo ensayos para evaluar una posible aplicacion minera para su extraccion. El material sintetizado posee una alta afinidad por Sc, Th y U en un amplio rango de pH. Asimismo dichos elementos se mantuvieron fuertemente adsorbidos en el mismo rango de pH evaluado al momento de eluir la columna, mientras que algunos elementos fueron desorbidos practicamente en conjunto. Desde el punto de vista de sepracion selectiva intralantanidos en este trabajo se observa que el compuesto Zr-ATMP muestra una capacidad de adsorcion mucho mayor para los lantanidos pesados como Dy respecto de lantanidos livianos como La. Sin embargo, en este trabajo no fue posible lograr una separacion cuantitativa entre elementos de la serie de los lantanidos. Tambien se ensayo el material irradiado (3MGy de radiacion) con el objetivo de simular las condiciones reales de aplicacion del material. los resultados mostraron que el material posee una alta resistencia a la radiacion, manteniendo algunas de sus principales caracteristicas. Finalmente se calcino el material cargado con cationes a fin de investigar si es posible la transformacion del mismo en algun tipo de ceramico y evaluar su resistencia a la lixiviacion.