Forscher entwickeln sich hoch

4. Mai 2023

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von der Pusan ​​National University

Kernenergie ist für die Erzeugung sauberer Energie von entscheidender Bedeutung, aber die damit verbundene radioaktive Verschmutzung erfordert strategische Lösungen. Cäsium (Cs+) ist ein giftiges Radionuklid, das in Kernkraftwerken erzeugt wird und eine Immobilisierung und hohe Adsorptionsmethoden erfordert, um Umweltverschmutzung zu verhindern.

Obwohl phosphatbasierte Adsorbentien ausgezeichnete Kandidaten für die Reinigung sind, führt ihr ineffizienter Ionenaustausch zu einer begrenzten Adsorptionskapazität. Die hohe theoretische Adsorption von Phosphatadsorbentien 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 eignet.

Das Team stellte fest, dass ihre Magnesiumphosphate rekordverdächtig hohe Adsorptionskapazitäten für Cs+ aufwiesen und die Standardadsorptionsmittel aufgrund austauschbarer Ionen und Auflösungsfällung übertrafen. Prof. Cho sagt: „Das Vorhandensein austauschbarer Ionen und die Auflösungs-Ausfällung ermöglichten rekordverdächtige Adsorptionskapazitäten für Cs+, die höher sind als die von Standardadsorbentien.“

Die Studie wurde im Journal of Hazardous Materials veröffentlicht. Mithilfe einer Eintopf-Hydrothermalmethode 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 gemeldeten 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 optimal für den Einsatz in Wasser mit hohen Konzentrationen zweiwertiger Ionen geeignet sind. Sie können jedoch weiterhin in Cs+-Readsorptionsprozessen 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 von Vorteil.“

Die Studie ergab, dass die neuen Phosphate Cs+ effizient adsorbieren und so eine kostengünstige Methode zur Entsorgung radioaktiver Abfälle darstellen. 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 lässt sich sagen, dass die hohen Adsorptionskapazitäten und die Stabilität der synthetisierten Phosphate sie zu vielversprechenden Kandidaten für die Bewältigung der Herausforderung der Entsorgung radioaktiver Abfälle machen.

Mehr Informationen: Zeqiu Li et al, Magnesiumphosphate vom Dittmarite-Typ zur hocheffizienten Erfassung von Cs+, Journal of Hazardous Materials (2023). DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.131385

Zeitschrifteninformationen:Zeitschrift für gefährliche Materialien

Zur Verfügung gestellt von der Pusan ​​National University