Kernenergie ist entscheidend für die Erzeugung sauberer Energie, aber die damit verbundene radioaktive Verschmutzung erfordert strategische Lösungen. Cäsium (Cs+) ist ein toxisches Radionuklid, das in Kernkraftwerken erzeugt wird und Verfahren zur Immobilisierung und hohen Adsorption erfordert, um eine Umweltverschmutzung zu verhindern.
Obwohl Adsorptionsmittel auf Phosphatbasis hervorragende Kandidaten für die Reinigung sind, führt ihr ineffizienter Ionenaustausch zu einer begrenzten Adsorptionskapazität. Die hohe theoretische Adsorption von Phosphatadsorptionsmitteln entspricht nicht ihren experimentellen Adsorptionskapazitäten.
Um schädliches Cs+ aus radioaktivem Abwasser zu entfernen, haben Forscher der Pusan National University unter der Leitung von Professor Kuk Cho vom Department of Environmental Engineering Phosphate vom Dittmarit-Typ mit einer Schichtstruktur synthetisiert, die sich ideal für einen einfachen Ionenaustausch eignen.
Das Team stellte fest, dass ihre Magnesiumphosphate rekordhohe Adsorptionskapazitäten für Cs+ aufwiesen und Standardadsorptionsmittel aufgrund austauschbarer Ionen und Auflösungsausfällung übertrafen. Prof. Cho sagt: „Das Vorhandensein von austauschbaren Ionen und Auflösungspräzipitation ermöglichte rekordhohe Adsorptionskapazitäten für Cs+, die höher sind als die von Standardadsorptionsmitteln.“
Die Studie wurde im veröffentlicht Zeitschrift für gefährliche Materialien. Unter Verwendung eines hydrothermalen Eintopfverfahrens synthetisierte das Team KMgPO4⋅H2O (KMP) und NH4MgPO4⋅H2O (NMP), beides Verbindungen vom Dittmarit-Typ mit einer hohen theoretischen Adsorptionskapazität von 754 mg g− 1 und 856 mg g − 1 für Cs+.
Das synthetisierte KMP und NMP hatten bemerkenswerte Adsorptionskapazitäten von 630 mg g–1 bzw. 711 mg g–1, was 84 % ihrer theoretischen Adsorptionskapazitäten entsprach. Diese experimentell gemessenen Adsorptionskapazitätswerte sind die höchsten unter allen bekannten Adsorptionsmitteln für Cs+.
Als nächstes charakterisierte und analysierte das Team die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Phosphate. Basierend auf der Cs+-Adsorptionsleistung von KMP und NMP zeigten sie, dass diese Phosphate nicht am besten für die Verwendung in Wasser mit hohen Konzentrationen an zweiwertigen Ionen geeignet sind. Sie können jedoch immer noch in Cs+-Resorptionsprozessen nach Desorptionsprozessen verwendet werden, um Cs+ zu konzentrieren und das Abfallvolumen zu reduzieren.
Prof. Cho sagt: „Cs+ ist ein beliebtes Radionuklid, das in Kernkraftwerken erzeugt wird, und das Volumen seines Abfalls muss für die Entsorgung minimiert werden. Um das Volumen zu minimieren, ist das Adsorptionsmittel mit höherer Adsorptionskapazität vorteilhaft.“
Die Studie ergab, dass die neuen Phosphate Cs+ effizient adsorbieren und damit eine kostengünstige Methode zur Entsorgung radioaktiver Abfälle bieten. Dies ist besonders wichtig in einer Welt, in der die Zahl der Kernkraftwerke voraussichtlich zunehmen wird und die ordnungsgemäße Lagerung mit geeigneten Adsorptionsmitteln für die Nachhaltigkeit von entscheidender Bedeutung sein wird.
Zusammenfassend machen die hohen Adsorptionskapazitäten und die Stabilität der synthetisierten Phosphate sie zu vielversprechenden Kandidaten für die Bewältigung der Herausforderung der Entsorgung radioaktiver Abfälle.
Mehr Informationen:
Zeqiu Li et al, Magnesiumphosphate vom Dittmarit-Typ zur hocheffizienten Abscheidung von Cs+, Zeitschrift für gefährliche Materialien (2023). DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.131385
Zur Verfügung gestellt von der Pusan National University