научная статья по теме ПЫЛЕПОДАВЛЯЮЩИЕ КОМПОЗИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ НАНОРАЗМЕРНЫЕ СЕЛЕКТИВНЫЕ СОРБЕНТЫ, ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ МИГРАЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ ЦЕЗИЯ Математика

Текст научной статьи на тему «ПЫЛЕПОДАВЛЯЮЩИЕ КОМПОЗИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ НАНОРАЗМЕРНЫЕ СЕЛЕКТИВНЫЕ СОРБЕНТЫ, ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ МИГРАЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ ЦЕЗИЯ»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 454, № 2, с. 186-189

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 544.777:544.723

ПЫЛЕПОДАВЛЯЮЩИЕ КОМПОЗИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ НАНОРАЗМЕРНЫЕ СЕЛЕКТИВНЫЕ СОРБЕНТЫ, ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ МИГРАЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ ЦЕЗИЯ

© 2014 г. С. Ю. Братская, В. В. Железнов, член-корреспондент РАН В. А. Авраменко

Поступило 19.08.2013 г.

БО1: 10.7868/80869565214020157

Устранение радиоактивного загрязнения территорий, пораженных в результате аварий на АЭС, работы радиохимических заводов, а также применения "грязных бомб", остается одним из серьезнейших вызовов обеспечению безопасности окружающей среды. Несмотря на то, что после аварии на Чернобыльской АЭС прошло более 25 лет, 30-километровая зона вокруг станции остается зоной отчуждения, требующей дезакти-вационных мероприятий. Объем грунта в 80-километровой зоне аварийной АЭС "Фукусима", подлежащего извлечению и захоронению для обеспечения безопасности населения и возвращения территорий в сельскохозяйственное пользование, по предварительной оценке специалистов, составляет более 34 млн м3 [1].

Большое внимание к уровню загрязнения территорий радионуклидами 134С8 и 137С8 связано с высокой жесткостью генерируемого ими излучения и достаточно большим периодом полураспада. Кроме того, ионы цезия активно сорбируются компонентами почв и переносятся в форме аэрозолей на значительные расстояния [1, 2]. Хотя непосредственно после попадания на поверхность грунта 134Сб и 137Сб локализуются преимущественно на глубине до 5 см [1, 2], скорость их миграции по почвенному профилю составляет в среднем 1 см/год [3] и в значительной степени зависит от структуры и состава почвы. Так, глубина миграции радионуклидов цезия в почвах Шотландии через 23 года после аварии на Чернобыльской АЭС превысила 17 см [4].

В связи с тем, что основные мероприятия по дезактивации территорий, так или иначе, связаны с извлечением грунта и, как правило, проводятся на протяжении нескольких лет, объем работ напрямую зависит от того, насколько эффектив-

Институт химии Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Владивосток

ны были первичные срочные меры по предотвращению миграции радионуклидов по почвенному профилю [5]. Использование пылеподавителей позволяет снизить мобильность аэрозольных форм, но не ограничивает коллоидный транспорт радионуклидов цезия в почве. Поэтому большие перспективы имеют стратегии, основанные на применении композиций, включающих полимерные пленко-или пенообразователи и компоненты, которые обеспечивают селективную сорбцию радионуклидов [6, 7].

В настоящей работе предлагается новая концепция формирования полимерных покрытий, фиксирующих радионуклиды цезия на поверхности, основанная на иммобилизации наноразмер-ных неорганических селективных сорбентов (ферроцианидов переходных металлов) в карбоксильных латексах, применяемых в качестве пы-леподавителей.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В качестве пленкообразующего латекса использовали промышленную силоксан-акрилат-ную эмульсию КЭ 13-36 (содержание твердой фазы 50%, средний размер частиц 160 нм) производства ООО "Астрохим" (Электросталь), применяемую в пылеподавляющих составах на Чернобыльской АЭС [8].

Иммобилизацию ферроцианида кобальта состава Со2^е(СМ)6] проводили последовательным добавлением аликвот 0.01М раствора CoCl2 и K4[Fe(CN)6] к дисперсии латекса с содержанием твердой фазы 0.5 или 2%. Содержание ферроциа-нида кобальта варьировали в диапазоне от 2 • 10-5 до 0.06 ммоль/г сухого латекса. Размер и электрокинетический потенциал латексных частиц с иммобилизованным ферроцианидом кобальта определяли в 0.0001М растворе KCl при рН 5.5 методами фотон-корреляционной спектроскопии и лазерного доплеровского электрофореза с ис-

пользованием анализатора ZetaSizer Nano ZS ("Malvern", Великобритания).

Стабильность дисперсий латексов с содержанием ферроцианида кобальта 0.035 ммоль/г исследовали, анализируя содержание железа и кобальта в аликвотах 0.5%-й дисперсии, отобранных с поверхности жидкости в цилиндре через фиксированные промежутки времени (высота столба жидкости составляла 5 см). Для сравнения аналогичные исследования проводили для ферроцианида кобальта, полученного в дистиллированной воде. Содержание металлов определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии на спектрометре Solaar 6M ("Thermo", США).

Рентгенофазовый анализ проводили на многоцелевом рентгеновском дифрактометре Дрон-3 (Россия) для покрытия, полученного методом полива 2%-й дисперсии латекса с содержанием ферроцианида кобальта 0.06 ммоль/г латекса, толщина покрытия составляла «50 мкм.

Для имитации грунта использовали кварцевый песок фракции 0.100—0.315 мм, предварительно обработанный 0.1М раствором HCl. На песок наносили раствор, содержащий радионуклид 137Cs, оставляли до полного высыхания и усредняли пробу по всему объему; у-активность такой пробы составляла «2000 Бк/г. На двухстороннюю клейкую ленту площадью 5 см2, закрепленную в чашке Петри, наносили одним слоем 60—70 мг песка с радионуклидом 137Cs и измеряли исходную активность пробы.

Покрытия получали методом полива латекс-ных дисперсий с содержанием твердой фазы 2% и содержанием ферроцианида кобальта от 2 • 10-5 до 0.06 ммоль/г латекса из расчета 0.8 мг латекса на 1 см2 поверхности. Толщина покрытия после высыхания в течение 40 ч составляла 6.1 ± 0.8 мкм (по данным рефлектометрии, полученным на эллипсо-метре-рефлектометре 500adv (SENTECH, Германия) для покрытий на кварцевых пластинах).

Для исследования выщелачивания радионуклидов 137Cs после полного высыхания покрытий, нанесенных на песок, в чашку Петри вносили 5 мл дистиллированной воды и оставляли без встряхивания на 6 ч (или на фиксированное время — от 10 мин до 5 сут — при исследовании кинетики процесса). Распределение 137Cs между раствором и твердой фазой контролировали как по активности раствора, так и по остаточной активности кварцевого песка.

Активность у-излучения 137Cs определяли прямым спектрометрическим методом по линии Еу = = 662 кэВ с использованием универсального спектрометрического комплекса Гамма-1С (производство НПЦ "Аспект"). Измерение активности образцов проводили с учетом "мертвого" времени аппаратуры. Скорости счета образцов не превышали 10000 имп/с. Удельную активность

-45 г

В

-50 -

ч

св Я

я -55

В

о

П

-60 -

-65

12

-,178

- 176

- 174

- 172

я g

о

св &

(U

св Я

Д

170

0.02

0.04

0.06

Удержание Co2[Fe(CN)6], ммоль/г

10 -

e F е и н

а

жа р

е

д

о

U

8 -

6 -

20 60 100 199

Время, мин

200

Рис. 1. Зависимость диаметра частиц и ^-потенциала функционализированных латексных частиц от количества иммобилизованного ферроцианида кобальта (а) и коллоидная стабильность ферроцианида кобальта: в воде (1) и стабилизированного (2) в 0.5%-й латексной дисперсии (б).

у-излучения 137С8 в растворе измеряли в объеме 5 мл. Активность твердых образцов стекла после выщелачивания измеряли непосредственно в чашке Петри в точечной геометрии. Коэффициент перехода от точечного источника излучения к объемному образцу (5 мл) определяли из соотношения скорости счета 137С8 в капле радиоактивного раствора и скорости его счета после разбавления.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Опыт применения используемого в настоящей работе силоксан-акрилатного латекса в качестве пылеподавителя на четвертом блоке Чернобыльской АЭС (объект "Укрытие") показал, что получаемые на его основе покрытия существенно снижают вынос радиоактивной пыли и аэрозолей из объекта [5]. Однако такие покрытия не ограничивают мобильность ионных форм радионуклидов

0

4

2

0

188

БРАТСКАЯ и др.

А, % 80

60

40

20

1

300

§

^ 200

н1°0 8

' КС1

20° 40° 60° 80° 26

0.02

0.04

0.06

Содержание Со2^е(СМ)6], ммоль/г

137

Рис. 2. Зависимость количества Св, перешедшего в раствор с поверхности кварцевого песка (А), от содержания фер-роцианида кобальта в латексе, используемом для нанесения композитного покрытия.

На вставке приведена рентгенограмма композитного покрытия, полученного нанесением дисперсии латекса, содержащего 0.06 ммоль/г Со2^е(С^б].

цезия и стронция вследствие своей проницаемости в условиях постоянного поступления атмосферных осадков.

Для предотвращения миграции радионуклидов цезия латексы пылеподавителя перед формированием покрытия могут быть функционализи-рованы ферроцианидами переходных металлов с использованием предложенного нами ранее подхода [9]. В его основе лежат связывание ионов металлов-прекурсоров, в данном случае ионов кобальта, карбоксильными группами латекса и формирование на его поверхности наноразмер-ных кристаллов ферроцианида кобальта после добавления к латексной дисперсии раствора ферроцианида калия. Из рис. 1а видно, что с увеличением степени наполнения латексов ферроцианидом кобальта до содержания 0.06 ммоль/г размер частиц увеличивается не более чем на 10%, что позволяет говорить о формировании наночастиц ферроцианида с размером порядка десятков нанометров. Электрокинетический потенциал функционали-зированных таким образом латексов при этом увеличивается по модулю, и частицы сохраняют высокую коллоидную стабильность, нехарактерную для ферроцианида такого состава в отсутствие полимерного стабилизатора (рис. 1б).

Содержание ферроцианида кобальта в композитных покрытиях может варьироваться за счет

изменения количества сорбента, предварительно вводимого на стадии функционализации латекса. Согласно рис. 2, эффективность фиксации радионуклидов цезия после нанесения композитных покрытий резко возрастает до 99.7% с увеличением количества ферроцианида кобальта до 0.001 ммоль на 1 г сухого латекса, что, с учетом толщины получаемого покрытия, соответствует содержанию Со2[Бе(СМ)6] 1.3 • 10-6 моль в расчете на 1 см3 пленки. Столь высокая эффективность композитных покрытий при низких степенях наполнения сорбентом обеспечивается, с одной стороны, высокими коэффициентами распределения ионов цезия для ферроцианида кобальта (104— 105мл/г), в том числе иммобилизованных в ла-тексные частицы [9], а с другой — высокой однородностью покрытий и низкой размерностью кристаллов ферроцианида. Как видно из вставки на рис. 2, рентгенограмма композитного покрытия и

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком