Сорбция Sr(II) на монтмориллоните с осажденными на его поверхности гидроксидами железа

Сорбция Sr(іі) на монтмориллоните с осажденными на его поверхности гидроксидами железа

Кобец С. А., Институт коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думанского Национальной академии наук Украины, Киев, Украина

Авария на Чернобыльской АЭС привела к загрязнению огромных территорий Украины, Беларуси и России долгоживущими радионуклидами, среди которых один из наиболее опасных — ⁹⁰Sr (период полураспада 29,12 лет). Специфическая особенность изотопов стронция — малая сорбируемость и обусловленная ею высокая миграционная способность в окружающей среде. Большое влияние на закономерности миграции соединений стронция оказывают процессы сорбции на минеральных и органических компонентах почв. Сорбцию радионуклидов часто определяют не отдельные компоненты грунтов, а их комплексное действие, поскольку на поверхности природных алюмосиликатов могут сорбироваться гумусовые вещества, осаждаться оксиды и гидроксиды железа, алюминия и т. д., что необходимо учитывать при оценке миграции радионуклидов в окружающей среде.

Цель данной работы — изучение сорбции Sr(іі) типичным глинистым компонентом почв монтмориллонитом, на поверхности которого осаждены ионы Fe(III) с массовой долей по металлу 5 % (50 мг ионов Fe(III) на 1 г монтмориллонита).

На рис. 1 показана зависимость от рН величины сорбции 8г(ІІ) природным и модифицированным гидроксидами железа монтмориллонитом.

Рис. 1. Зависимость величины сорбции Sr(П) природным монтмориллонитом (М-0) и монтмориллонитом с осажденными на его поверхности гидроксидами железа (MFе-5) от рН водного раствора при ионной силе 0,01

Показано, что в широкой области рН сорбция ионов Sr(ІІ) природным монтмориллонитом происходит по механизму ионного обмена в межслоевом пространстве:

— в области рН 2,5—6,0 наблюдается рост величины сорбции Sr(II), что обусловлено постепенным замещением обменных катионов (Са²⁺, Мg²⁺) ионами металла, снижением конкурентной сорбции ионов Н⁺;

— в диапазоне рН 6,0—8,0 величина сорбции почти не изменяется, что отвечает полному заполнению поверхности минерала ионами стронция.

Наличие гидроксидов железа на поверхности монтмориллонита увеличивает сорбцию Sr(ІІ) в широкой области рН. Это свидетельствует об участии ферринольных групп в связывании ионов металла.

Исследовано воздействие ионной силы водного раствора с использованием NaClO₄. Показано, что она влияет на величину сорбции Sr(П) как монтмориллонитом М-0, так и МFе-5. С повышением ионной силы раствора величина сорбции снижается из-за сжатия двойного электрического слоя частиц монтмориллонита и уменьшения в результате этого их заряда.

Изучено влияние концентрации катионов кальция как макроэлементного аналога ⁹⁰Sr в геохимических процесах (рис. 2).

Установлено резкое снижение величины сорбции Sr(П) с повышением концентрации Са²⁺ до 100 мг/дм³ и полное подавление сорбции при 300 мг/дм³. Такой результат обусловлен конкурентной сорбцией Са²⁺ на центрах базальной поверхности.

Получены изотермы сорбции Sr(П) при рН = 6,0, соответствующем максимальной сорбции. Они хорошо описываются эмпирическим уравнением Ленгмюра во всем диапазоне исследованных концентраций (до 200 мкмоль/дм³). Показано, что наличие гидроксида железа на поверхности монтмориллонита повышает величину сорбции во всей области концентраций ионов Sr(П).

Изучено влияние на процесс сорбции стронция природным монтмориллонитом и монтмориллонитом с осажденными на его поверхности гидроксидами железа органического вещества природного происхождения. Установлено, что фульвокислоты при высоких концентрациях (100 мг/дм³), редко встречающихся даже в грунтовых водах, не подавляют сорбцию стронция.

Проведенные исследования показали, что осажденные на поверхности глинистых минералов гидроксиды железа существенно снижают миграцию ионов стронция (и, соответственно, радионуклидов ⁹⁰Sr), повышая его иммобилизацию в почвах. В то же время ионы кальция способствуют распространению радионуклидов стронция в окружающей среде.

Kobets S. A., A. V. Dumanskiy Institute of Colloid and Water Chemistry, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine

The Sr(II) sorption on montmorillonite with iron hydroxide deposited on its surface has been examined to assess the migration of long-lived ⁹⁰Sr radionuclides in the environment. It has been established that the presence of metal hydroxide increases the strontium immobilization by the clay components of soil, modified under the natural conditions. The effects of the following factors on the Sr(II) sorption have been examined: the complexing ligandes of natural origin (fulvic acids), calcium ions that have been used to simulate the ⁹⁰Sr behaviour in the geochemical processes, and acidity of dispersion environments.

Кобец Светлана Алексеевна, и. о. мл. науч. сотр., отдел радиохимии и экологии, Институт коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думанского НАН Украины, б-р Акад. Вернадского, 42, Киев-142, 03680, Украина. Тел. (044) 424-33-89. E-mail