Разработка серебросодержащих сорбентов на основе бентонита для фиксации анионных форм радиоактивного иода в хранилищах радиоактивных отходов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-29-00607

НазваниеРазработка серебросодержащих сорбентов на основе бентонита для фиксации анионных форм радиоактивного иода в хранилищах радиоактивных отходов

Руководитель Тюпина Екатерина Александровна, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" , г Москва

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-504 - Ядерная и радиационная безопасность, радиоэкология

Ключевые слова радиоактивные отходы, хранилища РАО, инженерные барьеры безопасности, ИББ, бентонит, бентонитовые глины, радионуклиды, сорбция, модификация, радиоактивный иод

Код ГРНТИ58.91.37

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В процессе функционирования ядерных энергетических установок при делении ядер U-235 происходит образование радиоактивных изотопов иода, представляющих существенную угрозу для биосферы ввиду высокой подвижности в окружающей среде и токсичности, среди которых наиболее опасен I-129 с периодом полураспада 15,7 млн. лет. Радиоактивный иод иммобилизуется в матрицы для радиоактивных отходов (РАО) в потенциально подвижных анионных формах иодид-иона и иодат-иона. Для захоронения радиоактивных отходов, в том числе содержащих радиоиод, разрабатываются хранилища различного типа. В Новоуральске создано приповерхностное хранилище для низкоактивных и короткоживущих среднеактивных отходов, существуют планы по созданию аналогичных хранилищ в других регионах Российский Федерации. Для долгоживущих среднеактивных и высокоактивных отходов проектируется пункт глубинного захоронения отходов (ПГЗРО) в Нижнеканском кристаллическом массиве. Важным компонентом хранилищ всех типов являются инженерные барьеры безопасности (ИББ). Учитывая международный опыт таких странах как Испания, Канада, Финляндия, Франция, Швейцария, Швеция, Чехия и Япония, в качестве основного компонента ИББ используются (планируются к использованию) бентонитовые глины, как для приповерхностных хранилищ, так и для глубинных захоронений ВАО. Бентонитовых глины способны предотвращать попадание радионуклидов в катионных формах за пределы хранилища в случае нарушения целостности матриц и контейнеров, содержащих РАО, благодаря своим высоким катионообменным и гидроизоляционным способностям. Однако бентонитовые глины не могут препятствовать миграции радиоиода в окружающую среду. Включение в состав бентонитового буфера некоторого количества материала, сорбирующего анионы иода, позволит обеспечить защиту окружающей среды от данного радионуклида, сохранив остальные эксплуатационные свойства ИББ. Для сорбции анионных форм радиоиода наиболее эффективны соединения серебра, которые могут использоваться в качестве сорбентов как в чистом виде, так и будучи нанесёнными на поверхность различных материалов. Первым и самым важным этапом модификации материалов является количественное и равномерное нанесение металлического серебра, обеспечивающее максимально эффективное использование всей поверхности. Затем серебро может быть переведено в химические формы, подходящие для сорбции анионов иода. Существующим методикам нанесения серебра свойственны такие недостатки, как высокая трудоёмкость, опасность вследствие использования токсичных или взрывоопасных реагентов, а также невозможность обеспечить равномерное распределение серебра на материале с развитой поверхностью. Основными задачами проекта являются: разработка различных методов модификации бентонитов соединениями серебра (Ag2O, AgCl) разным количеством модификатора с применением разработанной нами методики нанесения базового серебра, определение устойчивости соединений серебра на бентонитах к различным физико-химическим воздействиям, исследование сорбционных характеристик модифицированных бентонитов по отношению к иодид- и иодат-анионам в модельных водах Нижнеканского массива (определение влияния на сорбцию концентрации иода и посторонних ионов, pH среды, исследование сорбции радиоактивного иода), исследование влияния добавки модифицированных бентонитов на диффузию иода в блоках компактированного бентонита и рекомендации для расчета необходимого количества модифицированной добавки в бентонитовый буфер. Научная новизна заключается в следующих решениях: разработка новой методики нанесения серебра на поверхность пористых материалов, в частности бентонитовых глин Российских месторождение и стран ближнего зарубежья, отличающейся большей эффективностью и простотой по сравнению с известными методами; разработка методов перевода серебра, нанесённого на поверхность бентонитовых глин, в различные химические формы, определение способности модифицированных бентонитов к сорбции анионных форм иода (в том числе с использование радиоизотопа I-131) и замедлению их диффузии сквозь блоки компактированного бентонита.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Прядко А.В., Тюпина Е.А. Получение сорбента для анионных форм радиоактивного иода на основе силикагеля, модифицированного хлоридом серебра. Сборник тезисов. X Российская конференция с международным участием "РАДИОХИМИЯ-2022". 26-30 сентября 2022 года, Санкт-Петербург. Издательство: ООО "Месол", Москва, 2022, с. 442 (год публикации - 2022)

2. Тюпина Е.А., Прядко А.В. Получение сорбента для анионных форм радиоактивного иода на основе силикагеля, модифицированного хлоридом серебра c использованием хлорида железа (III) Сборник тезисов Четвертой научно-практической конференции «Охрана окружающей среды и обращение с радиоактивными отходами научно-промышленных центров», 21-22 сентября 2022 г., Сергиев Посад, 2022., с. 42-43 (год публикации - 2022)

3. Прядко А.В., Паршина П.Ю., Тюпина Е.А. Модификация бентонита хлоридом серебра с целью получения сорбента для анионных форм радиоактивного иода Материалы докладов «Глины и глинистые минералы: VII Российская Школа по глинистым минералам Argilla Studium-2022 и V Российское Совещание по глинам и глинистым минералам». ИГЕМ РАН Москва, 2022., с. 275-277 (год публикации - 2022)

Публикации

1. Тюпина Е.А., Прядко А.В. Сорбент на основе бентонита, модифицированного хлоридом серебра методом осаждения, для фиксации анионных форм радиоактивного иода Сорбционные и хроматографические процессы, Т. 23, № 1. С. 74-85. (год публикации - 2023)
10.17308/sorpchrom.2023.23/10995

2. Тюпина Е.А, Козлов П.П., Крупская В.В. Application of Cement-Based Materials as a Component of an Engineered Barrier System at Geological Disposal Facilities for Radioactive Waste—A Review Energies, Т. 16. № 2. С. 605 (год публикации - 2023)
10.3390/en16020605

3. Тюпина Е.А., Прядко А.В. Usage of silver-containing materials as sorbents in anionic species of radioactive iodine isotopes management in nuclear industry and methods of their obtaining: a short review Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry (год публикации - 2023)

4. Малышев А.В., Бубнов А.С., Прядко А.В., Тюпина Е.А. Исследование функциональных свойств бентонита, модифицированного металлическим серебром, как компонента инженерного барьера безопасности в хранилищах радиоактивных отходов Успехи в химии и химической технологии, Том 37, № 9 (271). С.15-17. (год публикации - 2023)

5. Сапранова А.А., Прядко А.В., Тюпина Е.А. Оценка эффективности модифицирования пористых материалов оксидом серебра (I) с целью повышения сорбционных свойств по отношению к анионам иода в условиях ПГЗРО Успехи в химии и химической технологии, Том 37, № 9 (271). С.70-72. (год публикации - 2023)

6. Тюпина Е.А., Прядко А.В., Клименко О.М. EFFECT OF SILVER CHLORIDE DEPOSITION TECHNIQUE ON MODIFIED BENTONITE OPERATING PROPERTIES FOR RADIOACTIVE IODIDE-IONS LOCALIZATION IN GEOLOGICAL DISPOSAL FACILITY FOR RADIOACTIVE WASTE Progress in Nuclear Energy, Volume 171, June 2024, 105198 (год публикации - 2024)
10.1016/j.pnucene.2024.105198

7. Прядко А.В., Тюпина Е.А., Тодавчич А.В., Сердюк Е.А., Приходько А.С. Влияние модифицирования пористых материалов на сорбционную способность к I-131 Успехи в химии и химической технологии, Том 37, № 9 (271). С. 128-130. (год публикации - 2023)

8. Малышев А.В., Прядко А.В., Тюпина Е.А. Модифицирование бентонита металлическим серебром с использованием гидразина для получения селективного сорбента к иодид-ионам в хранилищах РАО Материалы докладов «Глины и глинистые минералы-2023. VI Российское Совещание по глинам и глинистым минералам». Санкт-Петербург, 13-16 июня 2023 г. ИГЕМ РАН Москва, 2023., C. 209-212. (год публикации - 2023)