L’énergie nucléaire est cruciale pour produire une énergie plus propre, mais la pollution radioactive associée nécessite des solutions stratégiques. Le césium (Cs+) est un radionucléide toxique généré par les centrales nucléaires qui nécessite des méthodes d’immobilisation et d’adsorption élevée pour prévenir la pollution de l’environnement.
Bien que les adsorbants à base de phosphate soient d’excellents candidats pour le nettoyage, leur échange d’ions inefficace conduit à une capacité d’adsorption limitée. L’adsorption théorique élevée des adsorbants de phosphate ne correspond pas à leurs capacités d’adsorption expérimentales.
Pour éliminer le Cs+ nocif des eaux usées radioactives, des chercheurs de l’Université nationale de Pusan dirigés par le professeur Kuk Cho du Département de génie de l’environnement ont synthétisé des phosphates de type dittmarite avec une structure en couches, idéale pour faciliter l’échange d’ions.
L’équipe a découvert que leurs phosphates de magnésium avaient des capacités d’adsorption record pour le Cs+, dépassant les adsorbants standard en raison des ions échangeables et de la dissolution-précipitation. Le professeur Cho déclare : « La présence d’ions échangeables et la dissolution-précipitation ont permis des capacités d’adsorption record pour le Cs+ qui sont supérieures à celles des adsorbants standards.
L’étude a été publiée dans le Journal des Matériaux Dangereux. En utilisant une méthode hydrothermale en un seul pot, l’équipe a synthétisé KMgPO4⋅H2O (KMP) et NH4MgPO4⋅H2O (NMP), qui sont tous deux des composés de type dittmarite, ayant une capacité d’adsorption théorique élevée de 754 mg g− 1 et 856 mg g − 1 pour Cs+, respectivement.
Les KMP et NMP synthétisés avaient des capacités d’adsorption remarquables de 630 mg g-1 et 711 mg g-1, respectivement, soit 84 % de leurs capacités d’adsorption théoriques. Ces valeurs de capacité d’adsorption mesurées expérimentalement sont les plus élevées parmi tous les adsorbants rapportés pour le Cs+.
Ensuite, l’équipe a caractérisé et analysé les propriétés physiques et chimiques des phosphates. Sur la base des performances d’adsorption de Cs+ du KMP et du NMP, ils ont montré que ces phosphates ne sont pas les mieux adaptés pour une utilisation dans l’eau à fortes concentrations d’ions divalents. Cependant, ils peuvent toujours être utilisés dans les processus de réadsorption du Cs+, après les processus de désorption, pour concentrer le Cs+ et réduire le volume des déchets.
Selon le professeur Cho, « Cs+ est un radionucléide populaire généré par les centrales nucléaires, et le volume de ses déchets doit être minimisé pour l’élimination. Pour minimiser le volume, l’adsorbant avec une capacité d’adsorption plus élevée est avantageux. »
L’étude a révélé que les nouveaux phosphates adsorbaient efficacement le Cs+, fournissant une méthode rentable pour l’élimination des déchets radioactifs. Ceci est particulièrement important dans un monde où le nombre de centrales nucléaires devrait augmenter et où un stockage adéquat avec des adsorbants appropriés deviendra crucial pour la durabilité.
En conclusion, les capacités d’adsorption élevées et la stabilité des phosphates synthétisés en font des candidats prometteurs pour relever le défi du stockage des déchets radioactifs.
Plus d’information:
Zeqiu Li et al, Phosphates de magnésium de type Dittmarite pour une capture hautement efficace du Cs+, Journal des Matériaux Dangereux (2023). DOI : 10.1016/j.jhazmat.2023.131385
Fourni par l’Université nationale de Pusan