Адсорбция ионов цезия из водных растворов на модифицированной глине Левашинского месторождения Республики Дагестан
Аннотация
Проблема извлечения и концентрирования редких щелочных (Rb+, Cs+) и щелочноземельных металлов (Sr2+) возникает как при освоении геотермальных вод, так и при очистке природных и сточных вод атомных электростанций от долгоживущих радионуклидов. Потребность для решения этих задач в эффективных сорбентах делает актуальным расширение ассортимента сырьевой базы сорбентов на основе минерального сырья. Среди природных сорбентов для очистки растворов от радионуклидов цезия хорошо зарекомендовали себя глины разного состава, при этом отмечается, что наибольшей селективностью к Cs+ обладает глинистый минерал - иллит, содержание которого в нативной глине Левашинского месторождения Республики Дагестан составляет ~ 32%. Важной задачей становится поиск эффективных методов улучшения физико-химических свойств и сорбционных характеристик природного сырья, для чего используется обработка исходной глины различными кислотами (главным образом, HCl) и солями (Na+, K+, Ca2+, Fe2+). Целью настоящей работы является изучение сорбционных свойств по ионам Cs+, модифицированной хлоридом натрия глины Левашинского месторождения Республики Дагестан. В работе использована методика модифицирования исходной глины хлоридом натрия, предусматривающая предварительную кислотную активацию исходной глины. Исследование адсорбции ионов проводили в модельных растворах в ограниченном объеме, варьируя концентрацию исследуемых ионов в растворах от 5 до 700 мг/дм3. Обнаружено, что обработка исследуемой глины, предварительно подвергнутой кислотной активации, раствором NaCl приводит к увеличению в ~ 1.3 раза ее сорбционной емкости по Cs+ и способствует вовлечению в процесс адсорбции высокоселективных по отношению к ионам Cs+ центров FES (Frayed Edge Sites). Установлено влияние ионной силы раствора и концентрации отдельных ионов на сорбцию цезия.
Скачивания
Литература
Osvoenie geothermal’noj energii /Red. V.E. Fortov. M., FIZMATLIT. 2022. 320 p. (In Russ.)
Efremov R.V., Ivanov V.V., Bus-areva E.A. Zagryaznenie vodnoj i vozdush-noj sredy obitaniya radioaktivnymi vesh-chestvami. Zhurnal tekhnicheskih issledo-vanij. 2018; 4: 1-5. (In Russ.)
Krupskaya V.V., Biryukov D.V., Belousov P.E. Primenenie prirodnyh glin-istyh materialov dlya povysheniya urovnya yadernoj i radiacionnoj bezopasnosti ob"ektov yadernogo naslediya. Radioak-tivnye othody. 2018; 2: 30-43. (In Russ)
Baeyens B., Bradbury M.H., Cation exchange capacity measurements on illite using the sodium and cesium isotope dilu-tion technique: effects of the index cation, electrolyte concentration and competition: modeling, Clays and Clay Miner., 2004; 52(4): 421-431. https://doi.org/10.1346/CCMN.2004.0520403
Fuller A.J., Shaw S., Ward M. B. Caesium incorporation and retention in illite interlayers, Appl. Clay Sci., 2015; 108: 128-134.
Konopleva I.V., Selektivnaya sorbciya radioceziya sorbentami na osnove prirodnyh glin, Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2016; 16(4): 448-456. (In Russ.)
Hwang J., Han W.S. Choung S. et al, Diverse sorption capacities an end con-tribution of multiple sorbtive sites on illitic clays to assess the immobilization of dis-solved cesium in subsurface environments, J. Hazard. Mater., 2023; 441: Art. 129973. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129973
Sveshnikova D.A., Rabadanova D.I., Ataev D.R., Ramazanov A.Sh., Physi-co-chemical and sorption properties of original and modified clay from the Levashinskoye deposit of the Republic of Dagestan, Sorbtsionnye khromatografich-eskie protsessy, 2023; 23(6): 993-1005. (In Russ.) https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11860
Benedicto A., Missana T., Fernan-dez A.M., Interlayer collapse affects on cesium adsorption onto illite, Environ. Sci. Technol., 2014; 48: 4909-4915. https://doi.org/10.1021/es5003346
Hwang J., Choung S., Shin W. et al, A batch experiment of cesium uptake using illitic clays with different degrees of crys-tallinity, Water, 2021; 13: 409-420. https://doi.org/10.3390/w13040409
Giacobbo F., Pezzoli F., Cydzik I. Study of caesium adsorption onto alluvial sediments from the Italian Po Plain, Int. J. Environ. Sci. Technol., 2024; https://doi.org/10.1007/s13762-024-05814-2
Cornell R.M., Adsorption of cesium on minerals: a review, J. Radioanalyt. Nucl. Chem., 1993; 171(2): 483-500. https://doi.org/10.1007/BF02219872
Milyutin V.V., Vezencev A.I., Sokolovskij P.V., Nekrasov N.A., Sorbciya radionuklidov ceziya iz vodnyh rastvorov na prirodnyh i modificirovannyh glinah, Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2014; 14(5): 879-883. (In Russ.)
Missana T., Benedicto A., García-Gutiérrez M., Alonso U., Modeling cesium retention onto Na-, K- and Ca-smectite: Effects of ionic strength, exchange and competing cations on the determination of selectivity coefficients, Geochim. Cosmo-chim. Acta, 2014; 128: 266-277. https://doi.org/10.1016/j.gca.2013.10.007
Belchinskaya L.I., Kozlov K.A., Bondarenko A.V., Petukhova G.A., Protsessy ionnogo obmena pri obrabotke kislotnoaktivirovannogo montmorillonite rastvorom MgCl2, Sorbtsionnye i khroma-tograficheskie protsessy, 2007; 7: 895-901 (In Russ.)
Noh J., Schwarz J., Estimation of the point of zero charge of simple oxides by mass titration, J. Colloid and Interface Sci., 1989; 130(1): 157-164.
Bendou S., Amrani M. Effect of Hydrochloric acid on structural of sodium -bentonite clay. J. Mineral. Mater. Charac-ter. Eng. 2014; 2: 404-413. http://dx.doi.org/10.4236/jmmce.2014.25045
Vezencev A.I., Korol'kova S.V., Buhanov V.D. Teksturnye harakteristiki i sorbcionnye svojstva prirodnoj i magnij-zameshchennoj montmorillonit soderzhashchej gliny. Nauchnye vedomosti BelGU. Seriya Estestvennye nauki. 2010; 9(80); 11: 119-123.
Sobina E.P. Sovershenstvovanie sistemy metrologicheskogo obespecheniya sredstv izmerenij poristosti i pronicaemosti tverdyh veshchestv i materialov Avtoref-erat dissertacii dok. tekhn. nauk. Spe-cial'nost' 05.11.15. Ekaterinburg. 2020. 48 p.
Kwon S., Kim Y., Roh Y. Cesium removal using acid- and base-actived bio-tite and illite. J. Hazard. Mater. 2021; 401: 123319. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123319
Foo K.Y., Hameed B.H., Insights in-to modelling of adsorption isotherm sys-tems, Chem. Eng. J., 2010; 156: 2-10. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.09.013
Rysev A.P. Razrabotka metoda reg-ulirovaniya adsorbtsbtsionnoj sposobnosti prirodnogo montmorillonita dlya izvlech-eniya anionnykh primesei iz vodnykh rastvorov. Diss. cand. chem. nauk. M., 2021, 153 p. (in Russ.)
Abdel-Karim A-A.M., Zaki A.A., Elwan W. et al, Experimental and model-ing investigations of cesium and strontium adsorption onto clay of radioactive waste disposal, Appl. Clay Sci., 2016; 132-133: 391-401. https://doi.org/10.1016/j.clay.2016.07.005
Streba J.H., Sperrer H., Walenko F., Welch J.M., Adsorption characteristics of clinoptilolite-rich zeolite compound for Sr and Cs, J. Radioanal. Nucl. Chem., 2018; 318: 267-270. https://doi.org/10.1007/s10967-018-6096-6
Missana T., García-Gutiérrez M., Benedicto A. et al, Modeling of Cs sorption in natural mixed-clays and the effects of ion competition, Appl. Geochem., 2014; 49: 95-102. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2014.06.011
Durrant Ch. B., Begg J.D., Kersting A. B., Zavarin M., Cesium sorption revers-ibility and kinetics on illite, montmorillo-nite, and kaolinite, Sci. Tot. Environ., 2018; 610-611: 511-520. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.08.122
