ВЗАЄМОДІЯ Н(D,Т)О З МІНЕРАЛЬНИМИ АДСОРБЕНТАМИ У СТАЦІОНАРНИХ СИСТЕМАХ

Олександр ПУШКАРЬОВ; Ірина СЕВРУК; Олександр ЗУБКО; Віталій ДОЛІН; Юрій ДЕМІХОВ; Вадим СКРИПКІН

doi:10.17721/1728-2713.104.06

Автор(и)

Олександр ПУШКАРЬОВ ДУ "Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України", Київ, Україна
Ірина СЕВРУК ДУ "Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України", Київ, Україна
Олександр ЗУБКО ДУ "Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України", Київ, Україна
Віталій ДОЛІН ДУ "Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України", Київ, Україна
Юрій ДЕМІХОВ ДУ "Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України", Київ, Україна
Вадим СКРИПКІН ДУ "Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України", Київ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.17721/1728-2713.104.06

Ключові слова:

фракціонування, тритій, дейтерій, монтморилоніт, сепіоліт, сапоніт, палигорськіт, кліноптилоліт

Анотація

Вступ. Теоретичною базою експериментів є уявлення, що значні адсорбційні властивості шаруватих силікатів монтморилонітової і палигорськітової груп та кліноптилоліту з розвинутою питомою поверхнею внаслідок динамічного характеру адсорбційно-десорбційних процесів за рахунок кінетичних ізотопних ефектів можуть забезпечити пріоритетне утримання біля адсорбційних поверхонь мінеральних частинок більш інерційних гідроксидних груп ОT–.

Методи. Для експериментів було використано: черкаський бентоніт із вмістом монтморилоніту 75 % (далі монтморилоніт), варварівській сапоніт та сокирницький кліноптилоліт. Експерименти виконувалися у стаціонарному режимі в герметично закритих ємностях (двофазна водно-мінеральна система).

Результати. За перші 7 діб взаємодії водної і мінеральної фаз питома активність тритію в робочому розчині зменшилася на 31,8–69,5 %. У подальшому протягом 92 діб взаємодії водного розчину Н(D,Т)О з мінеральними адсорбентами зміна питомої активності тритію не перевищувала 2–4%. Одночасно протягом цього часу вихідна концентрація дейтерію у робочому розчині Н(D,Т)О двофазних водно-мінеральних систем зменшилася лише на 0,8–14 % з коливанням від 0,0066 до 0,0408 %. За час експерименту у закритих водно-мінеральних системах відбувся частковий міжфазовий перерозподіл вихідного запасу ізотопів водню, який налічувався в початковому робочому розчині Н(D,Т)О. У процесі адсорбційного поглинання розчину мінеральними адсорбентами відбулося заміщення вихідної вологи в мінеральній фазі на Н(D,Т)О та збільшення в них вмісту ізотопів водню. Вміст тритію в адсорбаті залежно від мінерального типу адсорбенту збільшився на 31,8–69,5 %. Вміст дейтерію збільшився на 10,1–48,6 %, що було зумовлено різною адсорбційною ємністю мінеральних адсорбентів. Адсорбція робочого розчину Н(D,Т)О мінеральними адсорбентами супроводжувалася фракціонуванням важких ізотопів водню.

Висновки. У результаті взаємодії розчину Н(D,Т)О з мінеральними адсорбентами кінетичні ізотопні ефекти зумовили пріоритетне утримання більш інерційних гідроксидних ОT–- груп, ніж OD–- груп біля адсорбційної поверхні мінеральних частинок. Як наслідок – у стаціонарних водно-мінеральних системах відбулося міжфазове фракціонування важких ізотопів водню. Коефіцієнти міжфазового фракціонування тритію дорівнюють від α = 1,26 для палигорськіту до α = 2,96 для кліноптилоліту. Для дейтерію цей показник дорівнює від α = 0,89 для кліноптилоліту до α = 1,10 для сапоніту.

Посилання

Audi, G., Bersillon, O., Blachot, J., & Wapstra, A.H. (2003). The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. Nuclear Physics, A 729, 3–128.

Bleam, W. F. (1990). The nature of cation substitution sites in phyllosilicates. Applied Clay Minerals, 38, 527–536.

Goldansky, V. I., & Trahktenberg, L. I. (1980). Tuneling phenomena in Chemical Physics. Gordon and Breach Science Publishers.

Hammes-Shiffer, S. (1998) Mixed quantum-classical dynamics of single proton, multiple proton, and proton-coupled electron transfer reaction in the condensed phase. In W. L. Hase (Ed.) Comparisons of Classical and Quantum Dynamics, Vol. II of Advances in Classical Trajectory Methods, (р. 73–119).

Lopez-Galindo, P., Fenoll Hach-Ali, Pushkarev, A. V., Lytovchenko, A. S., Baker, J. H., & Pushkarova, R. A. (2008). Tritium redistribution between water and clay minerals. Applied Clay Science, 39, 151–159.

Pushkarov, A. V., Rudenko, I. M., & Skrypkin, V. V. (2015). Adsorption of tritium from aqueous solutions by thermally treated clay minerals. Visnyk of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Geology, 71, 43–48. https://doi.org/10.17721/1728-2713.71.07 [in Ukrainian].

Pushkarov, O.V., & Pryymachenko, V.M. (2010). Interaction of tritium water with clay minerals. Collection of scientific works of the Institute of Environmental Geochemistry, 18.149 -158 [in Ukrainian].

Pushkarov, O. V., Pryymachenko, V. M., Zolkin, I. O. (2012). Properties of bentonite-zeolite composites for the extraction of tritium from tritium water. Collection of scientific works of the Institute of Environmental Geochemistry, 20, 98–107 [in Ukrainian].

Pushkarov, O. V., Rudenko, I. M., Dolin, V. V. (junior), & Pryimachenko, V. M. (2014). Sepiolite-zeolite composites as potential water-permeable reactive barriers. Collection of scientific works of the Institute of Environmental Geochemistry, 23, 75–84 [in Ukrainian].

Pushkarov, O. V., Rudenko, I. M., Koshelev, M. V., Skrypkin, V. V., Dolin, V. V. (junior), & Pryimachenko, V. M. (2016). Tritium mineral adsorbent based on saponite and zeolite. Collection of scientific works of the Institute of Environmental Geochemistry, 25, 38–48 [in Ukrainian].

Rudenko, I. M., Pushkarev, O. V., Dolin, V. Vit., Zubko, O. V., & Grechanovska, O. E. (2017). Tritium indicator of effectiveness of thermomodification of adsorption properties of clinoptilolite. Mineralogical journal, 39(2), 64–74. http://doi.org/10.15407/mineraljournal.39.02.064 [in Ukrainian].

Zakn, D., & Brickmann, J. (1999) Quantum-classical simulation of proton migration in water. Jsr. J. Chem., 39 (З–4), 463–482.