Главная / Барьерные материалы и перспективные сорбенты
Разделы

Барьерные материалы и перспективные сорбенты

Аннотация:

Актуальной проблемой ядерной энергетики является обращение с различными по составу радиоактивными отходами (РАО) и их изоляция от биосферы.

Сорбционные технологии являются одними из промышленном применяемых методов обращения с водными растворами, содержащими радионуклиды. Они позволяют выделить либо разделить целевые компоненты. Научными задачами данного направления исследований является разработка научных основ технологий применения различных перспективных наноматериалов для эффективного извлечения долгоживущих радионуклидов (актинидов и продуктов деления) из водных растворов различного состава. На данный момент ведутся исследования таких наноматериалов, как оксид графена, различные фосфаты РЗЭ, оксид титана и др.

В соответствии с требованиями радиационной безопасности и международными нормами обращения с РАО, при их изоляции требуется создание мультибарьерной системы безопасности. Материал инженерного барьера должен ограничивать поступление природной воды в хранилище, снижать уровни коррозии контейнеров и матриц, включающих РАО, а также ограничивать миграцию радионуклидов окружающую среду. Одним из наиболее перспективных компонентов инженерных барьеров считаются бентонитовые глины (бентониты), обладающие высокими сорбционными свойствами и низкой водопроницаемостью, а также различные композиционные материалы на их основе. В рамках данного направления исследуются сорбционные и миграционные свойства различных барьерных материалов: глинистых минералов и компонентов вмещающих пород.

Основные научные результаты:

  • Подробно исследуется взаимодействие радионуклидов с оксидом графена (ОГ). Было показано, что взаимодействие радионуклидов при сорбции на ОГ предпочтительно происходит с карбоксильными группами, расположенными в дефектах на плоскости листа. На основании этого результата был синтезирован ОГ с преимущественно карбоксильными группами на поверхности, что привело к увеличению сорбции радионуклидов более, чем в 15 раз. Для уменьшения объёма для дальнейшего захоронения РАО, индивидуально для каждого изученного элемента были подобраны условия отжига ОГ после сорбции.
  • Показано, что увеличение рН в системе бентонитовая глина/вода повышает сорбцию Np(V) и Eu(III), но при этом практически не влияет на сорбцию Cs(I). Повышение ионной силы раствора понижает сорбцию Cs(I) и Eu(III) и практически не влияет на сорбцию Np(V). Установлено, что основными химическими реакциями, протекающими на границе раздела фаз бентонитовая глина/вода для Сs(I) является ионный обмен, для Np(V) наиболее характерно комплексообразование с краевыми центрами, а Eu(III) сорбируется по обоим механизмам. Проведено термодинамическое моделирование полученных экспериментальных зависимостей сорбции радионуклидов, в результате чего были рассчитаны константы равновесия сорбционных реакций
  • Показано, что сорбция Cs(I) меняется в зависимости от индивидуальных особенностей бентонитовых глин и значительно зависит от степени гетеровалентных замещений в тетраэдрической подрешетке смектита. Установлено, что присутствие примеси гетита в составе глин приводит к значительному повышению сорбции Np(V) и Eu(III), но не оказывает влияние на сорбцию цезия. При этом наличие конкурирующих катионов в растворе значительно понижает сорбцию Cs(I).
  • Был определен вклад каждого отдельного минерала в сорбцию радионуклидов на поверхности гранита, а также разработан полуавтоматический подход к обработке снимков радиографических данных.

Избранные публикации:

1. N. Boulanger, A.S. Kuzenkova, A. Iakunkov, A. Romanchuk, A.L. Trigub, A.V. Egorov, S. Bauters, L. Amidani, M. Retegan, K.O. Kvashnina, S.N. Kalmykov, A.V. Talyzin. Enhanced sorption of radionuclides by defect-rich graphene oxide // ACS applied materials & interfaces, 2020, DOI: 10.1021/acsami.0c11122 (Импакт-фактор: 8,758)
2. A. Kuzenkova, A.Yu. Romanchuk, A.L. Trigub, K.I. Maslakov, A.V. Egorov, A. Amidani, C. Kittrell, K.O. Kvashnina, J.M. Tour, A.V. Talyzin, S.N. Kalmykov. New insights into the mechanism of graphene oxide and radionuclide interaction // Carbon, 2020, DOI 10.1016/j.carbon.2019.10.003 (Импакт-фактор: 7,466)
3. P.K. Verma, A.S. Semenkova, V.V. Krupskaya, S.V. Zakusin, P.K. Mohapatra, A.Yu. Romanchuk, S.N. Kalmykov. Eu(III) sorption onto various montmorillonites: Experiments and modeling // Applied Clay Science, 2019, DOI: 10.1016/j.clay.2019.03.001 (Импакт-фактор: 3,641)
4. V.G. Petrov, I.E. Vlasova, A.A. Rodionova, V.O. Yapaskurt, V.V. Korolev, V.A. Petrov, V.V. Poluektov, H. Jörg, S.N. Kalmykov. Preferential sorption of radionuclides on different mineral phases typical for host rocks at the site of the future Russian high level waste repository // Applied Geochemistry, 2019, DOI: 10.1016/j.apgeochem.2018.11.007 (Импакт-фактор: 2.903)
5. A.S. Semenkova, A.Yu. Romanchuk, V.V. Krupskaya, B.V. Pokidko, O.V. Dorzhieva, A.V. Sobolev, I.A. Presnyakov, P.K. Verma, P.K. Mohapatra, S.N. Kalmykov. Np(V) uptake by various clays // Applied Geochemistry, 2018, DOI: 10.1016/j.apgeochem.2018.02.006 (Импакт-фактор: 2,58)
6. P.K. Verma, A.Yu. Romanchuk, I.E. Vlasova, V.V. Krupskaya, S.V. Zakusin, A.V. Sobolev, A.V. Egorov, P.K. Mohapatra, S.N. Kalmykov. Np(V) uptake by bentonite clay: Effect of accessory Fe oxides/hydroxides on sorption and speciation // Applied Geochemistry, 2017, DOI: 10.1016/j.apgeochem.2016.12.009 (Импакт-фактор: 2,58)
7. A.Yu. Romanchuk, A.S. Slesarev, S.N. Kalmykov, D.V. Kosynkin, J.M. Tour. Graphene oxide for effective radionuclide removal // Physical Chemistry Chemical Physics, 2013, DOI: 10.1039/C2CP44593J (Импакт-фактор: 3,829)