Прокаливание помогло новым композитам эффективно сорбировать радиоизотопы
Большая доля (порядка 85%) радиоактивных отходов находится в жидкой форме, которая особенно опасна для окружающей среды из-за сочетания высокой активности с большой подвижностью. Наибольшее беспокойство экологов вызывают долгоживущие радионуклиды цезий-137 и стронций-90, являющиеся продуктами деления урана, а также кобальт-60, образующийся при нейтронной активации и коррозии конструкционных материалов реактора.
Просто вылить жидкие отходы в каком-нибудь отдаленном месте нельзя, ведь с грунтовыми водами и (при высыхании) на пыли с ветром они разнесутся на большие расстояния, да и загрязненная ими местность превратится в техногенную пустошь. Важно «запереть» их и захоронить. Сделать это можно разными способами: иммобилизовать на селективных природных и синтетических неорганических адсорбентах, «законсервировать» в стекле, бетоне, цементе. Однако ни один из этих подходов не безупречен, и задача поиска лучших альтернатив остается актуальной.
Сотрудники Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН вместе с коллегами из Беларуси и Казахстана получили композиционные фосфаты Zr–Ca–Mg различного химического состава методом гетерогенного синтеза. Они проверили эти материалы на способность сорбировать сразу три радионуклида — цезия-137, стронция-90 и кобальта-60, — в дистиллированной воде, разных растворах солей и морской воде.
Эксперименты показали, что в воде и слабосоленых растворах адсорбционная эффективность в некоторых случаях оказалась сопоставимой с той, которую проявляют природные и синтетические алюмосиликаты, хотя в соленых растворах она падала на порядок. Также авторы проверили, насколько сильно вымываются радионуклиды из композита. В исходном состоянии выщелачивание оказалось значительным: для цезия-137 через месяц оно могло составлять до 97%, а для стронция-90 и кобальта-60 — до 20 и 12% соответственно. Особенно активно процесс происходил в присутствии соли. Решить эту проблему помогла термообработка сорбента при 1000°С. В результате удалось снизить вымывание цезия до 5% даже в морской воде, а два других радионуклида и вовсе оставались на композите.
Исследователи смогли описать и механизм, за счет которого сорбент оказался способен поглощать радиоактивные изотопы. Ранее они предположили, что подобные материалы работают за счет хемосорбции с образованием новых фаз, а поскольку обнаружили специфические агрегаты и в данной работе, вывод подтвердился. При сильном нагревании формировались двойные фосфаты кобальт-циркония и стронция-циркония — очень стабильные как химически, так и термически. Это объясняет отсутствие вымывания радионуклидов из прокаленных образцов.
Таким образом, созданные материалы являются перспективными для обезвреживания жидких радиоактивных отходов перед захоронением.
