Новый материал KCaSnS позволит решить проблему очистки сточных вод АЭС

Новый ионообменный материал под названием тиостаннат калия кальция (KCaSnS), который обладает повышенной способностью к адсорбции ионов цезия (Cs+) в сильно кислых сточных водах, разработали в Пусанском национальном университете в Корее. Об этом говорится в исследовании, опубликованном в Journal of Hazardous Materials. Таким образом, абсорбент может помочь с решением проблем, связанных с обращением с радиоактивными отходами на атомных электростанциях.

Ядерная энергетика, известная своими относительно низкими выбросами парниковых газов, производит радиотоксичные отходы, которые требуют тщательного обращения для снижения рисков для окружающей среды и здоровья. Селективная адсорбция с использованием ионообменников является распространенным методом удаления радиоактивных изотопов, таких как 137Cs, из сточных вод АЭС. Однако этот процесс затруднен в кислых сточных водах, где избыток протонов (H+) препятствует адсорбции и повреждает кристаллическую структуру адсорбента.

Инновационный подход исследовательской группы использует сложные кислотные условия для улучшения адсорбции Cs+. Благодаря включению кальция (Ca2+) в матрицу Sn–S, KCaSnS эффективно использует вредные ионы H+ в качестве катализатора процесса адсорбции. В кислых условиях ионы Ca2+ вымываются, создавая пространство для пребывания Cs+ после высвобождения из структуры решетки. Этот уникальный механизм, превращающий препятствие в функциональный агент, отличает KCaSnS от других.

Команда синтезировала ионообменный материал KCaSnS с использованием гидротермального процесса и провела эксперименты по адсорбции нерадиоактивного Cs+ в растворах с различным рН (в диапазоне от 1 до 13). Удивительно, но результаты исследования противоречили предыдущим исследованиям, показавшим, что при рН 5,5 (нейтральное состояние) адсорбционная способность Cs+ достигала 370 мг/г, в то время как при рН 2 (сильно кислый) она увеличивалась на 68% до 620 мг/г.

Исследователи связывают это явление с вымыванием ионов Ca2+ как из промежуточных слоев, так и из основной структуры в сильно кислых условиях, что позволяет увеличить накопление ионов Cs+ внутри решетки. Кроме того, в процессе ионного обмена были задействованы межслойные ионы K+.

Эти результаты позиционируют KCaSnS как многообещающего кандидата для эффективного удаления радиоактивных ионов из сточных вод АЭС. Более того, выводы, полученные в результате этого исследования, потенциально могут проложить путь к разработке высокоэффективных адсорбентов, подходящих для сильно кислых сред. Профессор Чо, руководивший исследованием, подчеркивает, что «впечатляющая адсорбционная способность KCaSnS может помочь решить проблемы, связанные с обращением с радиоактивными отходами, сократив объем отходов, образующихся при переработке отработавшего топлива и выводе АЭС из эксплуатации».

Использование KCASNS могло бы внести значительный вклад в повышение безопасности и устойчивости атомных электростанций, а также в смягчение воздействия радиоактивных отходов на окружающую среду. Продолжение исследований и разработок в этой области может привести к внедрению практических решений, способствующих ответственному управлению ядерной энергией.