Zeoliți naturali modificați prin radiații pentru curățarea deșeurilor nucleare lichide (iradiere împotriva

Subiecte

Abstract

Au fost raportate relativ puține investigații cu privire la efectele radiațiilor la zeoliți, deși se știe că aceste materiale pot fi modificate substanțial prin expunerea la radiații ionizante. Astfel, prin expunerea la raze γ sau particule cu energie ridicată, stările de încărcare ale atomilor pot fi modificate astfel încât să creeze și să se acumuleze, defecte ale punctelor de rețea și să formeze regiuni dezordonate structural. O astfel de tehnică poate permite crearea, într-un mod controlat, a unor proprietăți utile suplimentare ale materialului, păstrând în același timp stoichiometria și structura sa esențială. În consecință, prezentăm o cerere, în care capacitatea de schimb cationic a unui zeolit natural (clinoptilolit) este îmbunătățită substanțial, pentru tratarea/decontaminarea apei contaminate cu radionuclizi de ex. 134 Cs, 137 Cs și 90 Sr, prin expunerea sa la electroni cu energie mare (8 MeV) și la diferite doze totale.

Introducere

„Rareori în societatea noastră tehnologică descoperirea unei noi clase de materiale anorganice are ca rezultat un interes științific atât de larg și o dezvoltare caleidoscopică a aplicațiilor, așa cum sa întâmplat cu sitele moleculare zeolitice”, Donald W. Breck (1974) 1 .

Doar unele dintre aplicațiile multiple ale zeoliților sunt prezentate în Fig. 1, a cărui varietate și număr sunt extinse anual. Studiul mineralelor este o știință matură și o forță motrice majoră pentru investigațiile de acest fel este că, prin înțelegerea mijloacelor de formare a acestora, a structurii lor cristaline și a altor proprietăți evidente, materialele noi pot fi produse de ambele a priori și mijloace post-sintetice. Din familia largă de minerale, zeoliții sunt cei care furnizează catalizatori foarte eficienți, așa cum sunt utilizați pe scară largă în industria petrochimică și pentru alte aplicații de nișă, de ex. în convertizoarele catalitice, pentru a atenua poluarea aerului local de la vehicule. Siturile active catalitic sunt situate în interiorul cavităților interne ale unei structuri microporoase și sunt asociate cu cationi care sunt prezenți în concentrație suficientă pentru a contrabalansa electrostatic cadrul de aluminosilicat 1,2 încărcat negativ. Multe proprietăți fizice și chimice ale zeoliților sunt determinate de natura și concentrațiile acelor cationi care sunt prezenți în celula unității zeolitice (elementare).

Diagrama schematică pentru aplicarea zeolitului natural în economia publică.

Zeoliții sunt materiale cristaline cu suprafață internă ridicată, cu un cadru „fagure de miere” deschis, tridimensional format din unități tetraedrice AlO4 5− și SiO4 4− legate prin atomi de oxigen împărtășite. Se știe că 40 de zeoliți apar în mod natural și peste 150 de versiuni care au fost preparate prin metode sintetice. S-ar putea vizualiza structura unui zeolit presupunând un cadru neutru de SiO2 și, periodic, făcând o substituție izomorfă a unei unități AlO2 pentru SiO2. În consecință, structura rezultată poartă o sarcină negativă netă pe fiecare atom de aluminiu cadru. În consecință, această sarcină negativă este contrabalansată electrostatic de acei cationi (de exemplu, Na +, K +, NH4 +) care se află în porii cadrului. Prin urmare, li se conferă o mobilitate, astfel încât acestea să fie disponibile pentru schimb cu alți cationi, atunci când sunt puse în contact cu o soluție a acestora; într-adevăr, utilizarea majoră a volumului zeoliților se află în prezent în aplicații de schimb de cationi, de ex. ca „constructori” în pulberi de spălat, pentru a evita deteriorarea ecosistemului cauzată de polifosfați, care anterior erau folosiți la scară largă în acest scop.

Unele proprietăți critice ale zeoliților sunt:

Dimensiunea porilor; densitatea cadrului (adică, atomi pe unitate de celulă).

Formula idealizată, stoichiometrică, dată zeoliților este: Mx/n [AlxSiyO2 (x + y)] pH2O, unde M - (Na, K, Li); (Ca, Mg, Ba, Sr); n - încărcarea unui cation; y/x = 1-6; p/x = 1-4. Formula de oxid a zeoliților este: M2/nO · Al2O3 · xSiO2 · yH2O.

Mărimea porilor se referă la o „fereastră” bidimensională în structura zeolitului și este determinată de numărul de unități tetraedrice care sunt conectate reciproc. Această structură este extinsă în continuare prin conectarea unităților tetraedrice pentru a forma o matrice tridimensională, care oferă o serie de cavități interne mai voluminoase care sunt interconectate de deschiderile porilor. În unele zeoliți nu există deloc cavități, ci mai degrabă o serie de canale cu una, două sau trei dimensiuni care pătrund în structură. În plus, au fost dezvoltate diverse modificări post-sintetice, inclusiv tratamente hidrotermale, tehnici de acoperire, prin admiterea selectivă a moleculelor cu proprietăți selectate și prin impregnare moleculară, care servesc la asigurarea unor ajustări ulterioare ale caracteristicilor catalitice și adsorptive ale zeoliților aleși.