Главная страница
Сведения об авторах

ЭФФЕКТИВНЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ РАДИОНУКЛИДОВ ⁹⁰Sr И ¹³⁷Cs

Красноперова А. П., Лебедева Л. Т., Сытник О. Ю., Юхно Г. Д., Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, Харьков, Украина

Один из наиболее целесообразных путей решения проблемы очистки природных и технических вод от радионуклидов ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs, попавших в окружающую среду вследствие аварии на Чернобыльской АЭС, — это использование сорбентов.
Выбор сорбента определяется несколькими факторами, главными из которых являются его сорбционные характеристики, химическая и радиационная стойкость. Безусловно, не последнюю роль играет стоимость материала.
Поэтому в случае техногенного загрязнения вод целесообразно использование природных сорбентов (глинистых минералов, карбонатсодержащих пород, цеолитов и др.). Они имеют низкую себестоимость, их запасы в Украине практически неограничены. В последние годы для очистки воды наряду с природными стали широко применяться и синтетические цеолитовые молекулярные сита. Благодаря высокой однородности и чистоте они в значительно большей степени отвечают требованиям технологий, чем природные. Однако их использование долгое время тормозилось из-за дороговизны, низкой химической стойкости и небольшой обменной емкости. Современные синтетические цеолиты являются высококачественными и сравнительно дешевыми сорбентами. Молекулярные сита (цеолиты) благодаря особенностям своей пористой структуры, химической природе, селективности в отношении сорбции ионов металлов являются очень перспективными сорбентами в ионообменной технологии и охране окружающей среды. В частности, представляется целесообразным применение их в процессах сорбционного извлечения и концентрирования радиоактивных нуклидов как для дезактивации жидких радиоактивных отходов, так и для глубокой очистки питьевой воды. Предварительные исследования показали, что некоторые из них обладают достаточно высокими сорбционно-селективными свойствами относительно радионуклидов ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs .
Цель настоящей работы — сравнительное изучение сорбционно-селективных свойств природного цеолита клиноптилолита Сокирницкого месторождения Украины и синтетических цеолитов: эрионита, NaA, NaХ, NaY, в отношении радионуклидов ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs при различных значениях рН очищаемого раствора, температуры, концентрации носителя и постороннего иона.
Сорбционная способность цеолитов в отношении радионуклидов изучалась в статических условиях методом ограниченного объема в интервале значений рН 2—8,5 и диапазоне температур 293,15-318,15°К.
Для изучения влияния на сорбционную способность цеолитов посторонних ионов использовали раствор NaCl (С_NaCl=0,05 моль/дм³, Т = 293,15 °К), а в качестве изотопных носителей служили растворы CsCl и SrCl₂ с концентрациями 0,1 моль/дм³ и 1 моль/дм³.
В экспериментах использовались растворы радионуклидов ⁹⁰Sr с удельной активностью 1,76•10⁶ Бк/дм³ и ¹³⁷Cs с удельной активностью 3,18• 10⁶ Бк/дм³ без носителей.
Радиометрические измерения сухого остатка и равновесного раствора проводили на установке альфа-бета-автомат NRR-610 «Tesla».
В качестве количественных характеристик взаимодействия сорбентов с радионуклидами использованы коэффициенты распределения радионуклидов (K_d, см³/г) и коэффициенты сорбции (K_s, %). Анализ полученных кинетических кривых сорбции радионуклидов на цеолитах показал, что сорбционное равновесие между цеолитами и ¹³⁷Cs наступает через 20—60 мин, ⁹⁰Sr — через 96—240 часов. Так как энергия гидратации Cs⁺ (дельта Н°_гидр= — 280 кДж• моль^-1) гораздо меньше энергии гидратациии Sr²⁺ (дельта Н°_гидр = — 1475 кДж • моль^-1), а ионный радиус Cs⁺ (r = 0,167 нм) больше ионного радиуса Sr²⁺(r =0,127 нм), то и скорость обмена Na—Cs на исследуемых цеолитах во много раз выше, чем скорость обмена Na— Sr.
Сорбционные свойства цеолитов зависят от ряда факторов, таких как структура цеолита, природа и физико-химические свойства сорбируемых ионов (энергия гидратации, заряд, радиус иона) концентрация ионов в растворе, рН раствора и температура.
Как видно из таблицы, исследуемые цеолиты обладают достаточно высокой сорбционной способностью в отношении исследуемых радионуклидов.

Таблица

Значения коэффициентов распределения (К_d) радионуклидов ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs на цеолитах при различных значениях рН при Т = 293,15°К

Установлена высокая сорбционная способность в отношении ¹³⁷Cs высококремнеземных цеолитов: клиноптилолита, эрионита и цеолита NaY (97,0—99,7 % захвата при рН = 7). Относительно ⁹⁰Sr лучшими сорбционными характеристиками обладает низкокремнеземный цеолит NaA (97% при рН = 7).
Существенное влияние на сорбцию радионуклидов цеолитами оказывает рН раствора. Такое влияние рН на сорбционную способность цеолитов обусловлено тем, что эти сорбенты, как и другие алюмосиликаты, являются полифункциональными слабокислотными ионитами. Поэтому в кислой среде в обмене на сорбенте различных катионов участвуют и конкурирующие с ними ионы водорода. Взаимодействие ионов водорода с кислородным радикалом каркаса цеолита приводит к образованию гидроксильных групп и понижению заряда матрицы, что сопровождается уменьшением сорбционной способности цеолитов в отношении ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. Кроме того, рост сорбции радионуклидов с увеличением рН свидетельствует о том, что в растворе они находятся в ионном состоянии. С ростом концентрации постороннего электролита и изотопного носителя сорбция радионуклидов резко уменьшается, а с ростом температуры увеличивается.
Полученные данные о сорбционной способности цеолитов в отношении радионуклидов ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs позволили разработать композиции с использованием природного цеолита клиноптило-лита и синтетических цеолитов для эффективной дезактивации малоактивных вод с низкой минерализацией и глубокой очистки питьевой воды.

EFFECTIVE SORBENTS FOR REMOVAL OF ⁹⁰Sr AND ¹³⁷Cs RADIONUCLIDES FROM WATER

Krasnopyorova A. P., Lebedeva L. T., Sytnik O. Yu., Yuhno G. D., Kharkiv National University, Ukraine

The paper discusses the sorption capaсity of natural zeolite clynoptilolite from Sokirnitsk deposit and synthetic zeolites (erionyte, NaA, NaX, NaY) relative to the 90Sr and 137Cs radionuclides and depending upon the рН level, external electrolyte concentration, carrier and temperature.
The study results data enabled the development of compositions with utilization of clynoptilolite and synthetic zeolites for effective deactivation of low-active waters with low mineralization and advanced treatment of drinking water.

Главная страница

Сведения об авторах

Красноперова Алла Петровна, к. х. н., с. н. с, зав. отделом радиохимии и радиоэкологии, Научно-исследовательский институт химии при Харьковском национальном университете им. В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, Харьков, 61077, Украина. Тел. (057) 707-54-31. E-mail: alla.p.krasnopyorovadoguniver.kharkov.ua

Лебедева Людмила Тимофеевна, н. с, Научно-исследовательский институт химии при Харьковском национальном университете им. В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, Харьков, 61077, Украина. Тел. (057) 707-54-31

Сытник Оксана Юрьевна, м. н. с, Научно-исследовательский институт химии при Харьковском национальном университете им. В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, Харьков, 61077, Украина. Тел. (057) 707-54-31

Юхно Галина Дмитриевна, к. х. н., с. н. с, Научно-исследовательский институт химии при Харьковском национальном университете им. В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, Харьков, 61077, Украина. Тел. (057) 707-54-31.

© Независимое агентство экологической информации

Последние изменения внесены 24.04.07