![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Выделение долгоживущих радионуклидов из водных растворов различного состав является важной проблемой, решение которой необходимо как для развития технологий замкнутого ядерного топливного цикла, так и реабилитации территорий, ранее загрязненных радионуклидами. Для Российской Федерации и стран бывшего СССР остро стоят проблемы очистки загрязненных почв, подземных и поверхностных вод и других объектов от искусственных и природных радионуклидов (радионуклиды TENORM на заброшенных урановых месторождениях, хвостохранилищах). Соответствующие технологии должны быть относительно дешевы, эффективны и должны обеспечивать возможность переработки значительных объемов водных растворов. Целью данного проекта является разработка научных основ технологий применения различных наноматериалов , в том числе композиционных, для эффективного извлечения долгоживущих радионуклидов из водных растворов различного состава. Задачами проекта являются: получение различных наноматериалов и их диагностика, установление фундаментальных закономерностей сорбционных реакций на их поверхности, определение физико-химических форм радионуклидов, установление возможности модификации углеродных наноматериалов для улучшения их сорбционных свойств, разработка рекомендаций для создания технологий извлечения из растворов различного состава долгоживущих радионуклидов. В рамках данного проекта будут изучены различные наноматериалы, которые, согласно предварительным данным, способны эффективно сорбировать различные радионуклиды, в том числе: наночастицы оксидов металлов (гематита, оксида титана, ферригидрита, образующегося при разложении ферратов в водных растворах и пр.), углеродные наноматериалы (производящиеся в полупромышленном или промышленном масштабах), в том числе оксид графена, углеродные нанотрубки, наноалмазы, гуминовые кислоты и их производные. В рамках данного проекта будут проведены исследования механизмов извлечения различных радионуклидов, в том числе продуктов деления – Sr-90, Cs-137, Tc-99, активации – Co-60, актинидов – изотопов U, Np, Pu, Am, Cm и природных радионуклидов, обладающих высокой радиотоксичностью - изотопов Ra, Po-210. Будут проведены эксперименты по выделению трития в составе воды с использованием изотопных эффектов при диффузии в мезопорах, образуемых слоями оксида графена.
Isolation of long-lived radionuclides from aqueous solutions of various composition is an important issue, the solution of which is necessary for the development of technologies of a closed nuclear fuel cycle, and rehabilitation of areas previously contaminated. For the Russian Federation and former Soviet Union countries are acute problems of cleaning contaminated soil, groundwater and surface water and other objects of artificial and natural radionuclides (radioactive nuclides TENORM on abandoned uranium mines, tailings). Appropriate technology should be relatively inexpensive, effective, and should be capable of processing large volumes of aqueous solutions. The aim of this project is to develop the scientific basis for the use of various technologies of nanomaterials, including composites, for the efficient recovery of long-lived radionuclides from aqueous solutions of various compositions. The objectives of the project are: the preparation of various nanomaterials and their diagnosis, the establishment of the fundamental laws of sorption reactions on their surface, determination of physical and chemical forms of the radionuclides, determining the possibility of modification of carbon nanomaterials to improve their sorption properties, development of recommendations for the creation of the extraction technology of the solutions of different compositions of long-lived radionuclides . This project will examine the various nanomaterials, which, according to preliminary data, are able to effectively absorb different radionuclides, including nanoparticles of metal oxides (hematite, titanium oxide ferrihydrite produced by the decomposition of ferrate in aqueous solutions and so forth.), Carbon nanomaterials (produced in the semi-industrial or industrial scale), including graphene oxide, carbon nanotubes, nanodiamonds, humic acids and their derivatives. The project will be studied extraction mechanisms of various radionuclides, including fission products - Sr-90, Cs-137, Tc-99, activation - Co-60, the actinides - isotopes of U, Np, Pu, Am, Cm and natural radionuclides with high radiotoxicity - Ra isotopes, Po-210. There will be experiments on tritium release in the composition of the water using isotope effects in the diffusion in mesopores formed by layers of graphene oxide.
Разработанный план выполнения проекта позволит получить экспериментальные данные, которые необходимы для разработки новых эффективных методов извлечения долгоживущих радионуклидов из водных растворов различного состава. В свою очередь эти данные необходимы для создания технологии водоочистки в целях реабилитации ранее загрязненных территорий – проблеме мирового масштаба, на которую во многих странах, в том числе в России, в странах Средней Азии, США, Японии, Германии и пр. уделяется первостепенное внимание. Особую актуальность задачи, связанные с эффективным извлечением таких радионуклидов, как Н-3, Sr-90 и Cs-137, приобрели после аварии на АЭС Фукусима. Исследования в области получения и модификации новых наноматериалов, как неорганических, так и углеродных, позволяют рассчитывать на существенный порыв в данной области. В качестве примера можно привести эффективное извлечение ряда радионуклидов оксидом графена – материалом, обладающим рекордно высокой свободной удельной поверхностью, показанного авторами данного проекта. В результате выполнения проекта будут получены данные о механизмах взаимодействия радионуклидов в различных степенях окисления с различными наноматериалами и их композитами, о протекании редокс реакций, об образовании наночастиц малорастворимых соединений и их агрегации при сорбции, о кинетики и обратимости сорбции. Это позволит заполнить недостающие пробелы в фундаментальных знаниях и разработать практические подходы к созданию технологий очистки водных объектов от радионуклидов.
Получены экспериментальные данные, необходимые для разработки новых эффективных методов извлечения долгоживущих радионуклидов из водных растворов различного состава. В свою очередь эти данные необходимы для создания технологии водоочистки в целях реабилитации ранее загрязненных территорий – проблеме мирового масштаба, на которую во многих странах, в том числе в России, в странах Средней Азии, США, Японии, Германии и пр. уделяется первостепенное внимание. В результате выполнения проекта получены данные о механизмах взаимодействия радионуклидов в различных степенях окисления с различными наноматериалами и их композитами, о протекании редокс реакций, об образовании наночастиц малорастворимых соединений и их агрегации при сорбции, о кинетики и обратимости сорбции. Что позволило заполнить недостающие пробелы в фундаментальных знаниях и разработать практические подходы к созданию технологий очистки водных объектов от радионуклидов.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Влияние присутствия продуктов коррозии в составе жидких отходов на миграционное поведение актинидов |
Результаты этапа: В отчетном периоде по проекту 14-03-00821 была выполнена серия модельных экспериментов, направленных на установление миграционного поведения актинидов в условиях закачки жидких радиоактивных отходов (РАО) кислого состава в глубинный пласт-коллектор. Экспериментальное моделирование проводилось в жестко контролируемых лабораторных условиях с использованием реальных проб из пласта-коллектора и растворов, имитирующих жидкие РАО кислого состава. Для анализа твердой фазы, выпадающей из раствора в ходе гидротермального эксперимента, проводилась дополнительная серия экспериментов в отсутствие твердой фазы и актинидов в растворе. Анионный состав растворов варьировался для выявления влияния уксусной кислоты, входящей в состав РАО, на структуру и морфологические особенности образующейся твердой фазы. Катионный состав включал продукты коррозии: Al3+, Fe3+, Cr3+, Mn2+, Ni2+. Значения pH исходных растворов варьировались от 2,5 до 4,0. Температура эксперимента составляла от 100°С до 150°С. Длительность гидротермального процесса варьировалась от 2 до 50 часов. Для решения поставленных задач обнаружения и идентификации фаз, преимущественно сорбирующих актиниды в заданных условиях, был использован комплексный подход, сочетающий радиографические, микроскопические и спектральные методы. Сочетание радиографии, оптической и растровой электронной микроскопии с рентгено-спектральным микроанализом позволило установить характер распределения радионуклидов в ходе взаимодействия с породами пласта-коллектора и выявить участки максимальной сорбции актинидов. Применение спектроскопии комбинационного рассеяния с микронным разрешением показало идентичность этих участков максимальной сорбции Pu с осадком, выпадающим из раствора, имитирующего РАО, в отсутствие пород пласта-коллектора. Это позволило перейти к идентификации фаз осадка, выпадающего из раствора, методами Мессбауэровской спектроскопии, просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и рентгено-фазового анализа. Было установлено, что в заданном диапазоне условий эксперимента (температура, pH, состав РАО) из раствора выпадают два соединения Fe/Cr, а именно, гематит и гетит. Было показано, что, как состав образующейся твердой фазы (гематит/гетит), так и размер частиц (от первых нанометров до первых сотен нанометров), могут варьировать при изменении условий эксперимента (исходное значение pH раствора, температура 100°С / 150°С, длительность эксперимента) и анионного состава растворов (уксусная / азотная кислота). Были проведены эксперименты по установлению устойчивости образующихся Fe/Cr фаз при изменении условий среды. Было установлено, что агрегаты и пленки оксидов-гидроксидов Fe/Cr, формирующиеся в породах пласта-коллектора при взаимодействии с растворами РАО кислого состава в гидротермальных условиях, устойчивы к воздействию раствора Тамма и 6M раствора HCl. | ||
2 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Влияние присутствия продуктов коррозии в составе жидких отходов на миграционное поведение актинидов |
Результаты этапа: В 2015 г. полученs результатs модельных экспериментов, проведенных в контролируемых лабораторных условиях, по взаимодействию пород пласта-коллектора с растворами, имитирующими жидкие радиоактивные отходы щелочного состава. Dыявлены и детально идентифицированы фазы, ответственные за преимущественную сорбцию актинидов в этих условиях, с применением методов радиографии, оптической микроскопии, РЭМ с РСМА, Мессбауэровской спектроскопии и ПЭМ. Выявлена зависимость сорбции актинидов от pH среды. Определена кинетическая устойчивость физико-химических форм Pu методом выщелачивания при низких pH. Построены диаграммы Пурбэ для Pu в присутствие соединений Fe, образующихся при закачке отходов как кислого, так и щелочного состава. | ||
3 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Влияние присутствия продуктов коррозии в составе жидких отходов на миграционное поведение актинидов |
Результаты этапа: 1. Определены условия (рН, концентрация реагентов, время контакта и пр.) для эффективного выделения Cs(I) и Sr(II) из растворов, содержащих конкурирующие ионы (Na, K, Ca, Mg), с использованием углеродных наноматериалов. Установлены закономерности коагуляции – критическая концентрация коагуляции, морфология образующихся агрегатов и пр. оксида графена при сорбции радионуклидов из растворов различного состава. Определены оптимальные способы и условия утилизации отработавшего оксида графена с сорбированными радионуклидами и изучено поведение радионуклидов при этом. 2. Получены данные по извлечению радионуклидов с разной степенью окисления (от Cs(I) до U(VI)) из растворов, имитирующих загрязненные пресную и морскую воды с использованием ферратов. Оценено влияние концентрации феррат-иона на эффективность извлечения радионуклидов. Определены условия окисления различных органических веществ, присутствующих в загрязненных природных водах. Исследованы процессы (кинетика, коллоидообразование и физико-химические формы) при разложении ферратов до оксидов Fe(III). На основании полученных данных подобраны оптимальные условия для извлечения радионуклидов из водных растворов с использованием ферратов. 3. Определены механизмы и закономерности необратимого связывания Am(III) и Eu(III) при сорбции на фосфатах РЗЭ. Исследованы возможности гранулирования сорбентов на основе ортофосфатов РЗЭ и исследовано извлечение ими Am(III) на фоне других радионуклидов из растворов различного состава. Исследовано выщелачивание радионуклидов из отработанных сорбентов и сравнена с существующими матрицами для иммобилизации РАО (стекла, керамики). |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".