Аннотация результатов, полученных в 2014 году
В ходе выполнения проекта решались задачи как фундаментального, так и прикладного характера. С одной стороны устанавливались общие закономерности сорбционного поведения ряда радионуклидов на минеральных оксидных наночастицах – влияние пористости, кристаллической структуры и морфологии на сорбцию и ее кинетику. Для углеродных наноматериалов получены фундаментальные закономерности, связывающие свойства поверхности, степень ее окисленности с сорбционными свойствами. С другой стороны в проекте исследовались сорбционные системы, имеющие большую практическую значимость либо для решения задач обращения с радиоактивными отходами и загрязненными водами, либо для разработки методов концентрирования радионуклидов с целью их дальнейшего определения.

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
1. Взаимодействие радионуклидов с фосфатами РЗЭ с различной кристаллический структурой Было показано, что кинетика, зависимость сорбции от рН и изотермы сорбции Am(III) на ортофосфатах РЗЭ с различной кристаллической структурой (гексагональной, тетрагональной, моноклинной) практически совпадают. Сорбционная ёмкость исследуемых образцов, приведенная на их свободную поверхность одинакова. Было показано отсутствие влияние катиона РЗЭ на сорбционные свойства ортофосфата. Таким образом, для практического применения нет необходимости получения структурно чистого образца. Это открывает возможности использования более дешевых и простых для синтеза ортофосфатов легких РЗЭ. Эксперименты по выщелачиванию Am(III) с ортофосфатов РЗЭ после сорбции, показали, что сорбенты обладают высокой способностью необратимо удерживать Am(III). Кислотное выщелачивание характеризуется крайне медленной кинетикой, что может быть связано с частичным встраиванием сорбата в структуру в ходе сорбции. При этом отжиг образца после сорбции уже при температуре 100°С приводит практически к полному отсутствию выщелачивания. Даже после года выдержи при рН 1,7 не происходит значительного выщелачивания Am(III) с поверхности LnPO4. Это демонстрирует возможность использования отработавший сорбент в качестве матрицы для долговременного хранения РАО. 2. Взаимодействие плутония с диоксидом титана Поскольку диоксид титана является известным фотокатализатором, в рамках данной работы было исследовано влияние освещенности на взаимодействие с ним плутония. Было обнаружено значительное влияние освещённости на кинетику сорбции: при облучении дневным светом сорбция протекает значительно быстрее. Столь же заметное влияние освещенности обнаружено на кинетику выщелачивания плутония с поверхности TiO2 . Фотокаталитическая активность диоксида титана определяет источник электронов, который обеспечивает как быструю кинетику восстановления Pu(V,VI) до Pu(IV) при сорбции, так и кинетику восстановления Pu(IV) до Pu(III) при выщелачивании. В отсутствие света эти процессы значительно замедляются. Таким образом, освещенность является важным фактором, определяющим кинетику протекания окислительно-восстановительных реакций плутония на границе раздела и дает возможность управлять ими. 3. Взаимодействие радионуклидов с углеродными наноматериалами Было проведено исследование влияния условий синтеза и очистки образцов (которые возможно проводить в полупромышленных и промышленных масштабах) оксида графена на их сорбционные свойства. Было показано, что необходимым этапом в очистке является промывка соляной кислотой, которая позволяет избавиться от фосфат- и сульфат- ионов, загрязняющих поверхность оксида графена при синтезе и сильно влияют на дальнейшие сорбционные свойства образцов. Методом ПЭМВР было показано, что при сорбции Eu(III) на оксиде графена происходит его равномерное распределение по поверхности листа, нет локального концентрирования на гранях. Это свидетельствует о том, что взаимодействие происходит не только с карбоксильными группами, расположенным по краям листа оксида графена, как предполагалась ранее в ряде работ, но с планарными кислород-содержащими группами в равной степени.

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
На данном этапе выполнении работ по проекту было продолжено исследование сорбционных свойств таких материалов как оксид графена (ОГ) и ортофосфаты РЗЭ, а также проведены работы по извлечению радионуклидов с помощью феррата калия с радионуклидами. Было исследовано взаимодействие продуктов деления - 137Cs и 90Sr c ОГ в широком диапазоне значений рН и ионной силы. Было установлено, что Cs+ взаимодействует с ОГ по механизму ионного обмена, при этом было показано отсутствие какой-либо селективности в ряду Na+, K+, Cs+. Величина ёмкости катионного обмена для всех вышеперечисленных катионов принимает схожие значений около 1,3 ммоль/г(ОГ). В случае Sr(II) механизм взаимодействия с ОГ более сложный. Было установлено, что Sr(II) взаимодействует с ОГ по двум механизмам: ионный обмен и образование внутрисферных комплексов, при этом второй механизм доминирует при нейтральных значениях рН. Присутствие конкурирующих катионов оказывает влияние на сорбцию Sr(II). Так, присутствие однозарядных катионов оказывает бОльшее влияние при низких значениях рН, где взаимодействие идет по механизму ионного обмена. Влияние же двухзарядных катионов зависит, в том числе, от природы катиона. На данном этапе было показано возможное использование двух методов обращения с отработавшим сорбентов: выщелачивание радионуклидов с поверхности ОГ при понижении рН раствора и отжиг ОГ вместе с сорбированными радионуклидами. Было экспериментально показано, что присутствие катионов металлов на поверхности ОГ существенно понижает температуру его разложения. Таким образом, отжиг при температуре 400-500°С достаточен для избавления от углерод-содержащих продуктов. При этом значительно уменьшается объем отходов, а радионуклиды остаются в форме неорганических солей, что удобно для дальнейшего обращения с ними. На данном этапе была исследовано возможность применения феррата(VI) калия для извлечения радионуклидов из водных растворов. Взаимодействуя с водными растворами феррат(VI) калия разлагается с образованием (оксо)гидроксидов трехвалентного железа, обладающих наноразмерами, а, следовательно, крайне развитой поверхностью. Кроме того, изначально равномерное распределение K2FeO4 в растворе приводит к более эффективному объемному захвату радионуклидов агрегирующими частицами. Максимальные равновесные значения извлечения U(VI), Eu(III) и Cs(I) составили 91%, 99% и менее 10%. Снижение концентрации феррата(VI) калия в системе приводит к снижению степени извлечения радионуклидов. Было установлено, что простая обработка водных растворов, содержащих радионуклиды (кроме цезия), небольшим количество феррата(VI) калия (10-4 моль/л, 5,6 мг/л в пересчета на железо) позволяет значительно снизить общую альфа- и бета-радиоактивность даже в растворах сложного состава, таких как морская вода. Было продолжено исследование необратимого связывания Am(III) и Eu(III) при сорбции на фосфатах РЗЭ. Так было показано, что выщелачивания Am(III) с поверхности ортофосфатов РЗЭ после предварительного отжига не наблюдается в течение около 3х лет. Такое поведения Am(III) наблюдается даже после отжига при температуре 100°С. Эксперименты по выщелачивание Am(III) с поверхности ортофосфатов без отжига дистиллированной водой при температуре 25 и 90°показывают крайне низкие значения скорости выщелачивания. Были проведены эксперименты по сорбции Am(III) ортофосфатами РЗЭ из растворов сложного состава. Было показано, что Am(III) удаётся сорбировать на фоне большого избытка Na(I) и Al(III). http://istina.msu.ru/projects/6444392/ http://www.msu.ru/science/news/khimiki-iz-mgu-sozdali-metod-ochistki-vody-ot-radioaktivnykh-veshchestv.html