170 likes | 262 Views
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Ústav analytické chemie,Technická 5, 166 28 Praha 6. Seminář CHEMRAO 8. červen 2004. Studium vhodných modifikátorů pro sorpci technecia v bentonitové směsi. H. Vinšová, R. Koní ř ová, P. Ve če rník , V. Jedináková-K řížo vá.
E N D
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Ústav analytické chemie,Technická 5, 166 28 Praha 6 Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 Studium vhodných modifikátorů pro sorpci technecia v bentonitové směsi H. Vinšová, R. Konířová, P. Večerník, V. Jedináková-Křížová
Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 Hlubinné úložiště trvalé uložení (105 let) Tab. 1.: Dlouhodobé štěpné produkty vyhořelého jaderného paliva • Výplňový (zásypový) materiál • omezuje pronikání podzemní vody ke kontejneru • zabraňuje možnému úniku • radionuklidů z úložiště do biosféry • zajišťuje dostatečný odvod tepla • od kontejneru
Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 Radionuklid 99Tc štěpný produkt vyhořelého jaderného paliva (T1/2 = 2,1.105 let) Aerobní podmínky TcO4- Anaerobní podmínky TcO2 nebo TcO(OH)2 Obr. 1.: Eh-pH diagram jednotlivých specií technecia F. Chen, P.C. Burns, R. C. Ewing: J. Nucl. Mat. 278, (2000) 225-232. • Modifikátory(Fe, FeS, aktivní uhlí …) • redukce technecistanu do nižších oxidačních stavů • sorpce technecistanu
CÍL Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 • Příklady modifikátorů pro záchyt TcO4- • grafit apod. • různé formy Fe • sulfidické formy • Kinetika sorpce 99TcO4- na směsi bentonit+modifikátor • Vliv poměru bentonit:modifikátor na výtěžek sorpce 99TcO4-
Sorpce 99TcO4- na bentonitových směsích Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 Pevná fáze: bentonit R (0,315 - 0,8 mm) + FeS (prášek) bentonit R (0,315 - 0,8 mm) + Fe (prášek) bentonit R (0,315 - 0,8 mm) + aktivní uhlí (prášek) Kapalná fáze: bentonitová voda (14 denní loužení bentonitu v redestilované vodě o poměru s:l fáze 1:10) • Sorpční experiment: • bentonit R 0,7 g + modifikátor (FeS, Fe, aktivní uhlí) + 7 ml bentonitové vody + 50 ml 99TcO4- (c=0,0111 mol/l, A= 740 kBq/ml) • třepání (70 kmitů/min) • odstřeďování (20 min/2000 ot·min-1) • bentonitový výluh Eh, pH,specifická vodivost b-aktivita 99Tc identifikace jednotlivých specií technecia => DPP
Aktivní uhlí Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 • řídící mechanismus - fyzikální sorpce 99TcO4- na aktivním uhlí • 1 den kontaktu obou fází výtěžky sorpce > 90% Tab. 2.: Sledované parametry při studiu kinetiky sorpce 99TcO4- na bentonitové směsi s aktivním uhlím za aerobních podmínek Obr. 2.: Časová závislost výtěžku sorpce 99TcO4- na bentonitové směsi s aktivním uhlím za aerobních podmínek složení reakční směsi: pevná fáze- bentonit:aktivní uhlí 10:1, kapalná fáze- bentonitová voda + 99TcO4-; (c=7,93.10-5 mol/l, A = 37 kBq/7ml)
Aktivní uhlí Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 • Poměr bentonit:modifikátor 5:1 - 20:1 => výtěžky sorpce > 90% Tab. 3.: Sledované parametry při studiu vlivu poměru bentonit:modifikátor při sorpci 99TcO4- na bentonitové směsi s aktivním uhlím za aerobních podmínek Obr. 3.: Výtěžky sorpce 99TcO4- na bentonitové směsi s aktivním uhlím o různém poměru bentonit:modifikátor za aerobních podmínek složení reakční směsi: pevná fáze- bentonit + aktivní uhlí; poměry 5:1 - 100:1, kapalná fáze- bentonitová voda + 99TcO4-; (c=7,93·10-5 mol/l, A= 37kBq/7ml)
Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 Fe • redukční přechod vodného roztoku Tc(VII) na nižší oxidační stav za vzniku specií Tc(IV), které vykazují menší pohyblivost než Tc v oxidačním stupni Tc(VII) • sorpce redukovaných specií technecia na povrchu oxohydroxidů železa • sorpce technecistanu na povrchu oxohydroxidů a elementárního železa
Fe Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 • 1 den kontaktu obou fází => výtěžky sorpce 99TcO4-> 90% Tab. 4.: Sledované parametry při studiu kinetiky sorpce 99TcO4- na bentonitové směsi s Fe za aerobních podmínek Obr. 4.: Časová závislost výtěžku sorpce 99TcO4- na bentonitové směsi s Fe za aerobních podmínek složení reakční směsi: pevná fáze- bentonit:Fe 10:1, kapalná fáze- bentonitová voda + 99TcO4-; (c=7,93.10-5 mol/l, A = 37 kBq/7ml)
Fe Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 • Poměr bentonit:modifikátor 2:1- 150:1 => výtěžky sorpce > 90% Tab. 5.: Sledované parametry při studiu vlivu poměru bentonit:modifikátor při sorpci 99TcO4- na bentonitové směsi s Fe za aerobních podmínek Obr. 5.: Výtěžky sorpce 99TcO4- na bentonitové směsi s Fe o různém poměru bentonit:modifikátor za aerobních podmínek složení reakční směsi: pevná fáze- bentonit + Fe poměry 2:1 - 150:1, kapalná fáze- bentonitová voda + 99TcO4-; (c=7,93·10-5 mol/l, A= 37kBq/7ml)
FeS 2FeS + 5H2O + 1/2O2 2Fe(OH)3 + 2H2S (1) 2TcO4- + 7H2S Tc2S7 + 8H2O (2) Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 Aerobní podmínky nerozpustný Tc2S7 Anaerobní podmínky redukce TcO4- do nižších oxidačních stavů => nerozpustný TcO2.nH2O 3S2- + 8TcO4- + 4H2O 3SO42- + 8TcO2 + 8OH-(3) D. Shen, X. H. Fan, X. G. Su, J. S. Zeng, Y. Dong: J. Radioanal. Nucl. Chem. 254 (2002) 137.
FeS Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 • 1 den kontaktu obou fází => výtěžky sorpce 99TcO4-> 90% Obr. 6.: Srovnání hodnot výtěžků sorpce 99TcO4- při studiu kinetiky sorpce na bentonitové směsi s FeS za aerobních a anaerobních podmínek složení reakční směsi: pevná fáze- bentonit:FeS 10:1, kapalná fáze- bentonitová voda + 99TcO4- (c=7,93.10-5 mol/l, A = 37 kBq/7ml)
FeS Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 Tab. 6.: Sledované parametry při studiu kinetiky sorpce 99TcO4- na bentonitové směsi s FeS za aerobních a anaerobních podmínek složení reakční směsi: pevná fáze- bentonit:FeS 10:1, kapalná fáze- bentonitová voda + 99TcO4-; (c=7,93.10-5 mol/l, A = 37 kBq/7ml) Aerobní podmínky – kladné hodnoty redox. potenciálu (Tc2S7) Anaerobní podmínky – záporné hodnoty redox. potenciálu => redukční podmínky (TcO2, Tc2S7)
FeS Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 Aerobní podmínky – poměr bentonit:FeS 5:1-20:1 => výtěžky sorpce >90 % Anaerobní podmínky – poměr bentonit:FeS 5:1-100:1 => výtěžky sorpce >90 % Tab. 7.: Sledované parametry při studiu vlivu poměru bentonit:modifikátor při sorpci 99TcO4- na bentonitové směsi s FeS za aerobních a anaerobních podmínek Obr. 7.: Srovnání hodnot výtěžků sorpce 99TcO4- při studiu vlivu poměru bentonit:FeS za aerobních a anaerobních podmínek složení reakční směsi: pevná fáze- bentonit:FeS 10:1, kapalná fáze- bentonitová voda + 99TcO4- (c=7,93.10-5 mol/l, A = 37 kBq/7ml)
Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 SHRNUTÍ • Vhodné modifikátory pro záchyt 99TcO4- => Fe, FeS, aktivní uhlí • optimální poměr bentonit:modifikátor 10:1 => výtěžky sorpce >90%; doba kontaktu obou fází 1 den Tato práce vznikla za finanční podpory MSM 223400008 a SURAO – společný grant UJV, VŠCHT č. smlouvy 2003/055/Nach.
Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 DĚKUJI ZA POZORNOST
Fe Seminář CHEMRAO 8. červen 2004 Tab. 8.: Sledované parametry při studiu kinetiky sorpce 99TcO4- na bentonitové směsi s Fe za anaerobních podmínek Obr. 8.: Časová závislost výtěžku sorpce 99TcO4- na bentonitové směsi s Fe za anaerobních podmínek složení reakční směsi: pevná fáze- bentonit:Fe 10:1, kapalná fáze- bentonitová voda + 99TcO4-; (c=7,93.10-5 mol/l, A = 37 kBq/7ml)