Головна » Статті » Конференція_2016_03_24-25 » Секція_2_Технології_і_природа

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САПОНИТ - ЦЕОЛИТОВЫХ КОМПОЗИТОВ ДЛЯ АДСОРБЦИИ ТРИТИЯ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Пушкарев Александр

к.г.-м.н, вед.н.с.,

Руденко Ирина

м.н.с.

Кошелев Михаил

н.с.

ГУ «Институт проблем материаловедения» НАН Украины

г. Киев

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САПОНИТ - ЦЕОЛИТОВЫХ КОМПОЗИТОВ ДЛЯ АДСОРБЦИИ ТРИТИЯ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

 

Среди задач минимизации экологических последствий использования радиоактивных материалов и защиты окружающей среды от загрязнения важное значение имеет и требует решения проблема очистки от трития различных водных выбросов. Главными источниками техногенного трития являются объекты ядерной энергетики и пункты складирования радиоактивных отходов (ПСРО). Большая часть техногенного трития поступает в окружающую среду в виде тритированной воды «НТО», где Н2О >>> HTO. Около 10% наработанного трития представлено ​​газом (НТ), который смешивается с воздухом до безопасных концентраций.

Выполненные нами исследования показали, что глинистые минералы способны при контакте с тритированной водой извлекать из нее тритий [1, 2, 3]. При этом происходят процессы адсорбции молекул НТО на поверхности глинистых частиц, молекулярный и изотопный тритий-протиевый обмен между тритированной водой и глинистым минералом.

Известно, что глинистые породы являются гидроизоляторами с низкими значениями коэффициентов диффузии и гидравлической проницаемости. Поэтому для обеспечения доступа молекул НТО к обменным позициям в глинистых минералах необходимо создавать условия для повышения гидравлической проницаемости минерального адсорбента. С этой целью в мировой практике предлагаются, например, бентонит - песчаные смеси [4].

Более рациональным является использование цеолита в смесях с глинистыми минералами [5]. Нами было подтверждено, что бентонит-цеолитовые смеси действительно эффективные адсорбенты трития из водного раствора [6]. Вместе с тем, скорость фильтрации через такие композиты постепенно уменьшается вследствие разбухания монтмориллонита - главной составляющей бентонита.

Менее разбухающим минералом в группе монтморилонита является сапонит, где в октаэдрическом слое вместо атомов алюминия координация обеспечивается атомами магния. Сапонит является естественным сорбентом с высокими адсорбционными, ионообменными, каталитическими и фильтрационными свойствами. Запасы этого минерального сырья в Варваровском месторождении (Украина) составляют более 34 млн. тонн.

Второй составляющей минерального композитного адсорбента является цеолит (клиноптилолит) Сокирницкого месторождения (Украина). Минерал проявляет устойчивость к динамическим нагрузкам, воздействию высоких температур, агрессивной среды и ионизирующего излучения. Как молекулярное сито, клиноптилолит способен к изъятию из растворов сопутствующих загрязнителей в виде катионов металлов, газов, фреона, формальдегида и др. Такие свойства клиноптилолита обеспечивают дополнительные полезные свойства композита в случае применения его в качестве минеральных фильтров при очистке тритированной воды, которая несет комплексное загрязнения.

Выполненными экспериментальными исследованиями было показано, что сапонит-цеолитовый композит по своим фильтрационными и адсорбционным характеристиками пригоден для извлечения трития из тритированной воды. Скорость фильтрации через минеральную мембрану такого состава мощностью 80 мм несколько уменьшается в первые 13 суток, но потом стабилизируется на уровне 0,5 - 0,4 см × сутки-1.

Вследствие особенностей структуры сапонита, извлечение трития из «НТО» композитной мембраной увеличивается в течение первых 15 суток фильтрации. Это может быть связано с тем, что при насыщении минерального композита влагой происходит увеличение межслоевого пространства в сапоните, регидратация катионов и освобождение лунок гексагональных колец в минеральной структуре. Такие структурные изменения в глинистом минерале способствуют ускорению доступа молекул НТО к обменным позициям в адсорбенте и активизации изотопно-водородного обмена между фильтратом и минеральным композитом.

Накопление трития в сапонит-цеолитовом композите является аддитивным процессом, что свидетельствует о его достаточно высокой адсорбционной емкости. Так, за 1,5 месяца 1000 г сапонит-цеолитового композита способны извлечь из тритированной воды удельной активностью 5000 Бк×дм-3 до 8000 Бк трития. Как свидетельствуют результаты эксперимента, этот срок не является пределом для пролонгированного извлечения трития композитом из фильтрата «НТО».

 

Литература

  1. Пушкарьов О.В., Динаміка накопичення тритію в мінеральному середовищі / О.В. Пушкарьов, А.С. Литовченко,  Р.О. Пушкарьова, Е.О. Яковлєв  // Мінеральні ресурси України. — 2003. —№ 3. — С. 42-45.
  2. Lytovchenko A.S.  Assessment of the potential ability of phyllosilicates to accumulate and retain tritium in structural OH-groups / A.S. Lytovchenko,  A.V. Pushkarev, V.P. Samodurov, Baker J.H., Fenoll Hach-Ali P., Lopez-Galindo A.  // Mineralogical Journal. — 2005. —N 2. – P. 59-65.,
  3. Lopez-Galindo A. Tritium redistribution between water and clay minerals / Lopez-Galindo A., Fenoll Hach-Ali P., Pushkarev A.V., Lytovchenko A.S., Baker J.H., Pushkarova R.A.  // Applied Clay Science. ­— 2008. — v.39. —P. 151–159.
  4. Пушкарев А.В. Кинетика изотопно-водородного обмена в бентонито-песчаной смеси / А.В. Пушкарев, В.В. Долин, В.М. Приймаченко //Збірник наукових праць/ Інститут геохімії навколишнього середовища – Київ. —2007. – вип.15. –С. 27-36.
  5. Kaya A.  Utilization of bentonite-embedded zeolite as clay liner / A. Kaya, S. Durukan //Applied Clay Science —2004. — 25. —Issues 1-2 . —P. 83-91.
  6. Пушкарьов О.В. Властивості бентоніто-цеолітових композитів щодо вилучення тритію з тритієвої води / О.В. Пушкарьов, В.М. Приймаченко, І.О. Золкін //Збірник наукових праць/ Інститут геохімії навколишнього середовища – Київ, —2012. – вип. 20. —С. 98 -108.
Категорія: Секція_2_Технології_і_природа | Додав: Admin (24.03.2016)
Переглядів: 274
Всього коментарів: 0