Новости химической науки > Новый ванадосиликат очистит воду от цезия

Авария на атомной станции Фукусима в очередной раз напомнила исследователям об актуальности разработки методов решения проблемы, связанной с нуклидом ¹³⁷Cs.

Исследователи из Кореи предлагают новый ванадосиликат, который может удалять цезий из загрязненной воды, использующейся для охлаждения контура реактора, морской воды, грунтовой воды и жидкой фазы отработанного ядерного топлива. Новый материал справляется с отделением цезия лучше, чем ранее использовавшиеся сорбенты.

Нуклид ¹³⁷Cs представляет собой одно из самых опасных радиоактивных ядер. Период полураспада этого ядра составляет около 30 лет, поэтому загрязненные им области сохраняют опасный радиоактивный фон в течение долгого времени, а высокая растворимость производных цезия в воде обеспечивает его распространение по окружающей среде с грунтовыми и иными водами, через эти же воды он усваивается растениями. При попадании в организм человека нуклида ¹³⁷Cs с питьем или пищей системы организма не могут различить ионы цезия и калия, поэтому этот радиотоксичный препарат может накапливаться в мышечной ткани. Большие дозы нуклида ¹³⁷Cs могут вызывать радиационное поражение организма, а относительно небольшие – провоцировать раковые заболевания.

Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2014, DOI: 10.1002/anie.201402778

Таким образом, удаление нуклида ¹³⁷Cs из загрязненной грунтовой и морской воды, равно как и из жидких отходов, образующихся при работе ядерных электростанций, представляет собой серьезную задачу, решение которой необходимо для общественного здоровья. Основная сложность в организации такой очистки состоит в высоких концентрациях ионов таких металлов, как натрий, магний, кальций и калий – эти ионы, обладая свойствами близкими к свойствам иона цезия, могут составлять ему конкуренцию в процессах абсорбции. В связи с этим обстоятельством появляется однозначная необходимость в разработке высокоэффективной и высокоселективной ловушке для ионов цезия. Было разработано немало неорганических материалов, позволяющих проводить абсорбцию цезия, однако за два последних десятилетия существенного прогресса в создании селективной и эффективной ловушки для нуклида ¹³⁷Cs не наблюдалось. В настоящее время лучше всего с очисткой воды от цезия справляются титаносиликаты, которые и использовались для устранения утечек цезия после аварии на Фукусиме.

Киюн Биюн Юн (Kyung Byung Yoon) из Университета Соган в Сеуле разработали новую линейку материалов, которую они назвали Университет Соган-45 (Sogang University-45 или SGU-45), способных эффективно связать и иммобилизовать цезий, содержащийся в грунтовых водах, морской воде и жидкой фазе отработанного ядерного топлива. В условиях испытаний – при концентрациях цезия от 10 миллиардных долей до 100 миллионных долей материал SGU-45 продемонстрировал более эффективные качества по сравнению с известными абсорбентами этого материала, продемонстрировав более высокую селективность, емкость и скорость абсорбции. Более того, в отличие от традиционных материалов, в равной степени абсорбирующих калий и цезий, материал К-SGU-45 уже содержит ионы калия и может поглощать цезий даже при значительном избытке калия в очищаемой смеси.

Материалы SGU-45 представляют собой микропористые ванадосиликаты, в составе которых содержатся ионы ванадия в степенях окисления 4+ и 5+. Материал К-SGU-45 может удалять цезий и из нейтральных, и из кислых и щелочных растворов; его действие основано на замещении ионами цезия ионов калия.

Строение кристаллической решетки одного из материалов линейки SGU-45 также интересно и с точки зрения теории химической связи и строения вещества – ванадосиликат, в состав которого уже входят ионы цезия, они проявляют координационное число, равное 16 – это максимальное значение координационного числа, наблюдавшееся в настоящее время в химических соединениях.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2014, DOI: 10.1002/anie.201402778

метки статьи: #вопросы экологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #химическая технология