Группа ученых из Кольского научного центра, научного центра Коми, Самарского государственного технического университета и Сыктывкарского государственного университета исследовала сорбционные свойства титаносиликата, полученного из природного сырья.

Статья об этом опубликована в престижном журнале Microporous and Mesoporous Materials.

Мирное использование атомной энергии сопровождается образованием значительного количества радиоактивных отходов. В частности, в них содержатся трансурановые элементы и продукты их деления с большим периодом полураспада (изотопы цезия, стронция, бария, радия), что превращает их переработку и утилизацию в сложные и опасные процессы.

На сегодняшний день для извлечения радионуклидов из отходов предложены такие методы: химическое или электрохимическое осаждение, анионный и катионный обмен и вакуумное испарение.

Наиболее перспективный метод — помещение радиоизотопов прямиком в кристаллическую решетку твердых веществ с их последующим преобразованием в минералоподобную керамику «синрок»-типа (Synroc от synthetic rock). Подобные керамики способны хранить значительное количество радионуклидов на протяжении сотен и даже тысяч лет. Такая технология является самой долговечной и безопасной.

Один из наиболее перспективных сорбентов на сегодняшний день — IONSIV-911 – синтетический аналог открытого в Хибинском массиве минерала ситинакита с химической формулой KNa₂[Ti₄O₅(OH)(SiO₄)₂]4H₂O. Кристаллическая структура ситинакита состоит из параллельных цепочек кластеров TiO6-октаэдров, объединенных в каркас одиночными тетраэдрами SiO₄. Каркас структуры образует систему широких каналов, которые заполнены катионами натрия и калия и молекулами воды. Данные катионы легко обмениваются в кислых и щелочных водных растворах на радионуклиды Sr, Ba и Cs.

Коллектив ученых из Апатитов, Сыктывкара и Самары предложил использовать новый экологичный метод синтеза ситинакита. Для этого был использован лейкоксеновый (кремний-титановый) концентрат из республики Коми и лопаритовый концентрат из Мурманской области. Ученые применили ранее разработанный в Институте химии и технологии редких элементов и минерального сырья КНЦ РАН метод синтеза титаносиликата и исследовали различные экспериментальные условия образования материала со структурой ситинакита из выбранных природных материалов и его свойства.

В качестве темплата (вещества, благодаря которому образуется требуемая сложная структура) для синтеза был использован гидратированный осадок, полученный оригинальным фтор-аммониевым методом переработки лейкоксенового концентрата Ярегского месторождения (Республика Коми).

Использование в качестве прекурсора отходов обогащения лейкоксенового концентрата позволяет снизить температуру гидротермального синтеза с 250 до 210 градусов Цельсия и получить титаносиликат с увеличенной удельной поверхностью 192 м² / г, не влияя на фазовый состав.

Результаты исследования показали, что полученные титаносиликаты позволяют эффективно извлекать катионы Sr, Ba и Cs из жидких радиоактивных отходов с последующей их иммобилизацией в стабильной керамической матрице. Использование чистых прекурсоров увеличивает сорбционную способность, но значительно увеличивает стоимость, что является несомненным недостатком для промышленного производства.