Химия и химические технологии/9. Радиохимия

К.фарм.н. Лонин А.Ю.

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

Сорбция радионуклида ¹³⁷Cs цеолитами

Проблема очистки природных и технических вод от радионуклидов очень важна. И имеет большое значение для улучшения экологической обстановки в районах повышенной техногенной деятельности человека.

В ходе работы изучены сорбционные свойства природного цеолита клиноптилолита Сокирницкого цеолитового месторождения Хустского района Закарпатской области и синтетических цеолитов (эрионита, NaA, NaX, NaY) в отношении радионуклида ¹³⁷Cs находящегося в водном растворе.

Цеолиты – наиболее важные представители природных ионообменников. Они образуют группу алюмосиликатных минералов, которые отличаются правильной пространственной структурой. В силикатной решетке часть ионов Si⁴⁺замещена ионами Al³⁺, вследствие чего решетка цеолита обладает некоторым остаточным отрицательным зарядом, который компенсируется катионами щелочных и щелочноземельных металлов.

Катионы располагаются во внутренних полостях решетки, чем и обусловлены ионообменные свойства цеолита [1,2]. В зависимости от состава обменных катионов у цеолитов проявляются такие свойства, как термостабильность, способность к реакциям адсорбции, ионному обмену, участию в каталитических реакциях [3-5].

Важной характеристикой цеолитов является отношение Si / Al. По величине этого отношения цеолиты можно разделить на высококремнистые и низкокремнистые. К высококремнистым цеолитам (SiО₂/Al₂О₃= 4-10) относятся - клиноптилолит, эрионит. К низкокремнистым цеолитам (SiО₂/Al₂О₃= 2-3) относятся - NaA, NaX, NaY.

Высококремнистые цеолиты обладают высокой термостабильностью и химической устойчивостью.

Сорбционная способность цеолитов по отношению к ¹³⁷Cs изучалась в статических условиях, в зависимости от рН (диапазон рН от 2 до 8,5).

В эксперименте был использован раствор радионуклида ¹³⁷Cs с удельной активностью 3,18·10⁶ Бк/дм³, без носителя.

Клиноптилолит предварительно измельчали, применяя в эксперименте зерна с диаметром 0,3 – 0,4 мм. Такая подготовка резко увеличивает поверхность контакта сорбента с раствором и значительно повышает степень его использования.

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

Относительная погрешность измерений радиоактивности не превышала 2%.

В качестве количественной характеристики взаимодействия сорбентов с радио-нуклидами 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.

Полученные данные свидетельствуют о том, что клиноптилолит (Табл. 1) характеризуется высокими сорбционными характеристиками относительно радионуклида ¹³⁷Cs при всех значениях рН (от 97% до 99,5% захвата), а в области значений рН от 7 до 11 они мало зависят от кислотности раствора.

Селективность синтетических цеолитов к ¹³⁷Cs, в том числе высококремнистых (эрионит) оказалось значительно ниже.

Таблица 1. Сорбция радионуклида ¹³⁷Cs цеолитами

Цеолиты	Коэффициент распределения (Kd)
	РН=2	рН=5	рН=7	рН=8,5
Клиноптилолит	1681	8592	12840	9084
Эрионит	3276	3534	4552	2230
NaA	755	803	865	1000
NaY	1719	2722	3249	3192
NaX	817	904	990	502

Наличие крупных полостей и больших каналов в структуре клиноптилолита определяет его резко выраженную селективность к крупным слабо-гидратированным катионам одно- и двухвалентных металлов. В структуре клиноптилолита имеются четырех-, пяти-, шести и восьмичленные кольца из атомов кислорода. Причиной высокой избирательности клиноптилолита в отношении одновалентных катионов больших размеров является их локализация в восьмичленных кремнекислородных кольцах, близких по размерам к размерам входящих катионов.

В результате проведенных исследований обнаружена высокая сорбционная способность клиноптилолита к ¹³⁷Cs, практически не зависящая от значений рН и температуры.

Установлена четкая зависимость сорбционных свойств синтетических цеолитов к ¹³⁷Cs от значений рН и температуры.

Литература:

1. Д. Брек. Цеолитовые молекулярные сита. Москва: “Мир”, 1976, с. 606.

2. Ч. Амфлет. Неорганические иониты. Москва: “Мир”, 1966, с.188.

3. А.М. Толмачев, В.А. Никашина, Н.Ф. Челищев. Ионный обмен. Москва: “Наука”, 1981. с.45-63.

4. Н.Ф. Челищев, Б.Г. Беренштейн, В.Ф. Володин. Цеолиты-новый тип минерального сырья. Москва: “Недра”, 1987, с. 176.

5. Н.Ф. Челищев, В.Ф. Володин, В.Ф. Крюков. Ионообменные свойства природных высококремнистых цеолитов. Москва: “Наука”, 1988, с. 128.