Химия и химические технологии/9. Радиохимия

К.фарм.н. Лонин А.Ю.

Национальный Научный Центр «Харьковский физико-технический институт», Украина

Сорбция радионуклида стронция-90 цеолитами

В последние годы возросло использование цеолитов в различных составах для удаления и захоронения различных радиоактивных загрязнений [1-3].

Сорбционные свойства цеолитов в отношении ⁹⁰Sr имеют целый ряд отличий. Это связано с тем, что Sr²⁺ имеет по сравнению с Cs⁺ большую энергию гидратации и значительно меньший ионный радиус [4].

Поэтому целью работы было изучение влияния на сорбционно-селективные свойства цеолитов в отношении ⁹⁰Sr различных значений рН раствора, температуры, а также наличие посторонних ионов.

В экспериментах использовался раствор ⁹⁰Sr с удельной активностью 1,76∙10⁶ Бк/дм³, без носителя.

Радиоактивность проб ⁹⁰Sr определялась после его достижения равновесия с дочерним ⁹⁰Y.

Радиометрические измерения сухого остатка проб проводили на установке α-β-автомат NRR-610 “Tesla”.

Относительная погрешность измерений радиоактивности не превышала 3%.

В качестве количественной характеристики взаимодействия сорбентов с радионуклидами использовали коэффициент распределения радионуклидов (K_d, мл/г) которые рассчитывали по формуле:

где I_oи I_р – начальная и равновесная радиоактивность раствора, имп/с; V – общий объём раствора, мл; m – масса сорбента, г.

В ходе работы установлено, что сорбционная способность цеолитов относительно ⁹⁰Sr существенно зависит от рН и температуры. Также обнаружено, что с ростом концентрации постороннего электролита сорбция ⁹⁰Sr резко уменьшается.

Значения коэффициентов распределения (K_d, мл/г) ⁹⁰Sr на цеолитах представлены в таблице 1. Полученные данные свидетельствуют о значительном влиянии величины рН раствора на сорбционное поглощение радионуклида стронция цеолитами.

Сорбционные характеристики цеолитов в отношении ⁹⁰Sr значительно ниже и резко изменяются в исследуемом интервале значений рН.

Такое влияние рН на сорбционную способность цеолитов обусловлено тем, что эти сорбенты, как и другие алюмосиликаты, являются полифункциональными слабокислыми ионитами [5,6]. 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. Кроме того, рост сорбции радионуклида с увеличением рН свидетельствует о том, что в растворе они находятся в ионном состоянии.

Таблица 1.

Коэффициент распределения (K_d) радионуклида ⁹⁰Sr на цеолитах при различных значениях рН при температуре 293,15 К

Цеолит	Коэффициент распределения (Kd) радионуклида ^90Sr, мл/г
	рН =2	рН=5	рН=7	рН=8,5
Клиноптилолит	11,2	144	340	850
Эрионит	18,0	301	580	283
NaA	7,0	749	1223	471
NaY	5,0	623	1195	220
NaX	21,0	530	842	520

Температура оказывает влияние на сорбцию ⁹⁰Sr клиноптилолитом и синтетическими цеолитами (рис.1, 2). Коэффициент сорбции ⁹⁰Sr для цеолитов увеличивается с ростом температуры. Это связано тем, что повышается рН раствора за счет ионов натрия, перешедших в раствор из твердой фазы. Кроме того, с ростом температуры уменьшается гидратная оболочка иона стронция, и следствием этого является возможность ⁹⁰Sr проникать в кубооктаэдрические единицы и заменять ионы натрия внутри структуры цеолита, что способствует полноте ионного обмена и приводит к возрастанию коэффициента сорбции.

Рисунок.1. Влияние температуры на коэффициент распределения (K_d) ⁹⁰Sr клиноптилолитом.

Рисунок.2. Зависимость коэф-фициента распределения (K_d) ⁹⁰Sr на синтетических цеолитах от температуры.

Значительное влияние на сорбционную способность клиноптилолита и синтетических цеолитов оказывает присутствие посторонних ионов.

Как видно из таблицы 2, повышение ионной силы раствора, созданной хлористым натрием приводит к резкому уменьшению коэффициента распределения (K_d, мл/г) для ⁹⁰Sr.

Обобщая полученные результаты, можно сделать следующий вывод, синтетические цеолиты обладают более высокой поглотительной способностью по отношению к ⁹⁰Sr, чем клиноптилолит.

Таблица 2.

Влияние хлористого натрия на коэффициент распределения (K_d, мл/г) для ⁹⁰Sr на цеолитах при рН=7 и температуре 293,5 К

Цеолит	Kd, мл/г
	СNa Cl=0 моль/дм^3	СNaCl=0,1 моль/дм^3
Клиноптилолит	340	89
Эрионит	580	120
NaA	1223	78
NaX	842	82
NaY	1195	63

В результате проведенных исследований установлена зависимость сорбции ⁹⁰Sr клиноптилолитом и синтетическими цеолитами от рН. С ростом рН в диапазоне от 2 до 8,5 наблюдается рост сорбционных свойств цеолитов.

Обнаружено, что с ростом температуры наблюдался значительный рост сорбции цеолитами ⁹⁰Sr.

Установлено, что наличие в растворе посторонних ионов приводит к снижению сорбции цеолитами ⁹⁰Sr .

Литература:

1. Патент РФ № 1797387, кл. G 21 F9/28, 1990.

2. Патент РФ № 98111584, кл. G 21 F9/12, 1998.

3. Патент РФ № 2002119438, кл. G 21 F9/16, 2002.

4. A.Yu. Lonin, A.P. Krasnopyorova. Investigetion of radionuclide ¹³⁷Cs sorption by natural and syntetic zeolites // Problems of Atomic Science and Technology, series :Nuclear Physics Investigations (44). 2004, № 5, p. 82-84.

5. М. Сиенко, Р. Плейн, Р. Хестер. Структурная неорганическая химия. М.: Мир, 1968. 344 с.

6. Тарасевич Ю. И. Природные сорбенты в процессах очистки воды. К.: Наукова думка, 1981. 208 с.