ЕЛЕКТРООСМОТИЧНЕ ФРАКЦІОНУВАННЯ ІЗОТОПІВ ВОДНЮ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ ЕЛЕКТРОЛІТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ КОМПОЗИТНИХ ПРОТОН-ПРОВІДНИХ МЕМБРАН

Автор(и)

  • О. Пушкарьов ДУ "Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України", Пр. Акад. Палладіна, 34, а, м. Київ-142, 03680, Україна
  • О. Зубко ДУ "Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України", Пр. Акад. Палладіна, 34, а, м. Київ-142, 03680, Україна
  • І. Севрук ДУ "Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України", Пр. Акад. Палладіна, 34, а, м. Київ-142, 03680, Україна
  • В. Долін (мол.) ДУ "Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України", Пр. Акад. Палладіна, 34, а, м. Київ-142, 03680, Україна

DOI:

https://doi.org/10.17721/1728-2713.92.02

Ключові слова:

ізотопи водню, електроосмотичні процеси, електроліт, фракціонування, мембрани, протонна провідність

Анотація

На основі аналізу особливостей електроосмотичних процесів, що реалізуються у протон-провідних мембранах оцінено можливість фракціонування ізотопів водню в електролітах, утворених з використанням тритійованої води (НТО). При взаємодії розчина з мембранами в їхніх каналах відбувається поляризація та часткова дисоціація молекул електроліту. У молекулах води при заміні протію на важкий ізотоп водню збільшується енергія розриву водневих зв'язків, і процес їхньої дисоціації відбувається переважно за схемою: HTO ↔ H+ + TO—. Частина вивільнених протонів може приєднуватися до молекул води з утворенням іона H3O+ . Іони H3O+ і ТO— більш рухливі, ніж інші однозарядні іони. Головною характеристикою, яка визначає придатність електроосмотичних мембран до фракціонування ізотопів водню, є їхня протонна провідність. Вивільнені протони мають аномально високу рухливість завдяки малим розмірам, тунельному та естафетному переміщенню через водневі зв'язки між сусідніми полярними групами в каналах протон-провідних мембран. Для забезпечення високої протонної провідності в порах і каналах мембран закріплюють речовини-модифікатори, що містять групи: –ОН- , –NH2, –NH, –SH, –COOH, –SO3H, кислі солі та оксиди, які містять поверхневі протон-провідні групи. Для створення протон-провідних мембран можливо використання поверхнево-модифікованого β-глинозему (β-Al2O3(H3O+ )) та протонованого (H3О+ ) монтморилоніту з іонною провідністю (5  103 – 4  104 Омсм–1). Найбільш ефективними є поверхневі модифікатори з негативно зарядженими сульфоновими групами. Накладання зовнішнього електричного поля призводить до руху іонів в електроліті, що зумовлює перерозподіл ізотопного співвідношення в прианодному та прикатодному просторах.

Посилання

Athmer, C., Ruef, C., Jones, T., and Wilkens, R. (2013). Desalinization of Kaolin Soil Using Radial Electromigration and Electroosmosis. Toxic Radioact. Waste. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HZ.2153-5515.0000137, 16–20.

Bell, P. (1977). Proton in Chemistry. Moscow: Mir. [in Russian]

Berdonosov, C.C. (1960). Isotopic effects. Chemical Encyclopedia. V. 2. Moscow: Soviet encyclopedia. [in Russian]

Daniel, J. Laser. (2015). Theory of Operation. Retrieved from: http://micromachine.stanford.edu/~dlaser/research_ pages/silicon_eo_pumps.html

Duchin, C.C., Sidorova, M.P., Jaroshchuk, A.E. (1991). Electrochemistry membranes and effects of reverse osmos. Leningrad: Chemistry. [in Russian]

Duhin, S.S., Sidorova, M.P., Yaroschuk, A.E. (1991). Electrochemistry of membranes and reverse osmosis. Leningrad: Chemistry. [in Russian]

Erdei-Gruz, T. (1976). Transport phenomena in aqueous solutions. Moscow: Mir. [in Russian]

Kokotov, Ju. A. (1980). Ion exchangers and ion exchange. Leningrad: Chemistry. [in Russian]

Lopez-Galindo, A.P., FenollHach-Ali, P., 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. https://doi.org/10.1016/ j.clay.2007.06.005

Lytovchenko, A.S., Pushkarev, A.V., Samodurov, V.P., Baker, J.H., FenollHach-Ali, P., Lopez-Galindo, A. (2006). Assessment of the potential ability of phyllosilicates to accumulate and retain tritiumin structural OH-groups. Mineralogical Journal, 2, 59–65.

Palgujev, C.F. (1998). High-temperature proton-conducting solid electrolytes. Ekaterinburg: UrORAN. [in Russian]

Phairm, J.W., Badwal, S.P.S. (2006). Review of proton conductors for hydrogen separation. Ionics, 12, 103–115. https://doi.org/10.1007/s11581- 006-0016-4

Pushkarev, O.V, Rudenko, I.M., Dolin, V.V. (Jr.), Prymachenko, V.M. (2014). Sepiolite-zeolite composites as a potential reactivity waterproof barriers. Collected papers of Institute of Environmental Geochemistry, 23, 75–84. [in Ukrainian]

Pushkarev, O.V., Prijmachenko, V.M., Zolkin, I.O. (2012). Bentonite-zeolite composites' properties with respect to tritium extraction from tritium water. Collected papers of Institute of Environmental Geochemistry, 20, 98–107. [in Ukrainian]

Pushkarev, O.V., Priymachenko, V.M. (2010а). Estimation of the kinetics of the exchange-izotopic reactions in clay minerals. Collected papers of Institute of Environmental Geochemistry, 18, 140-148. [in Ukrainian]

Pushkarev, O.V., Rudenko, I.M., Koshelev, M.V., Skripkin, V.V, Dolin, V.V. (Jr.), Prymachenko, V.M. (2016). Mineral adsorbent of tritium based on saponite and zeolite. Collected papers of Institute of Environmental Geochemistry, 25, 38–48. [in Ukrainian]

Pushkarev, О.V., Dolin, V.V., Pryjmachenko, V.M., Bobkov, V.N., Pushkareva, R.A. (2007). Kinetics of Hydrogen isotope exchange in bentonite-sand mixture. Collected papers of Institute of Environmental Geochemistry, 15, 27–36. [in Ukrainian]

Pushkarev, О.V., Pryjmachenko, V.M. (2010b). Interaction between tritium water and clay minerals. Collected papers of Institute of Environmental Geochemistry, 18, 149–158. [in Ukrainian]

Rabinovich, I.B. (1968). The influence of isotopes on the physicochemical properties of liquids. Moscow: Nauka. [in Russian]

Vojuzkiy, C.C. (1975). Course of Colloid Chemistry. 2nd ed. Moscow: Chemistry. [in Russian]

Zacepina, G.N. (1974). The properties and structure of water. Moscow: MSU. [in Russian]

Завантаження

Опубліковано

16.01.2025

Як цитувати

Пушкарьов, О., Зубко, О., Севрук, І., & Долін (мол.), В. (2025). ЕЛЕКТРООСМОТИЧНЕ ФРАКЦІОНУВАННЯ ІЗОТОПІВ ВОДНЮ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ ЕЛЕКТРОЛІТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ КОМПОЗИТНИХ ПРОТОН-ПРОВІДНИХ МЕМБРАН. Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Геологія, 1(92), 11-16. https://doi.org/10.17721/1728-2713.92.02