Модифіковані радіацією природні цеоліти для очищення рідких ядерних відходів (опромінення проти
Предмети
Анотація
Повідомлялося про порівняно мало досліджень впливу радіації на цеоліти, хоча відомо, що ці матеріали можуть істотно модифікуватися під впливом іонізуючого випромінювання. Таким чином, під впливом γ-променів або частинок високої енергії, зарядні стани атомів можуть бути змінені таким чином, щоб створювати і накопичувати дефекти точки решітки та утворювати структурно невпорядковані області. Така техніка може дозволити створювати контрольовано додатково корисні властивості матеріалу, зберігаючи при цьому його суттєву стехіометрію та структуру. Відповідно, ми представляємо заявку, в якій катіонообмінна здатність природного цеоліту (кліноптилоліту) істотно підвищується для обробки/знезараження води, забрудненої радіонуклідами, наприклад 134 Cs, 137 Cs і 90 Sr, під впливом високоенергетичних (8 МЕВ) електронів та різних загальних доз.
Вступ
"Рідко в нашому технологічному суспільстві відкриття нового класу неорганічних матеріалів призводить до такого широкого наукового інтересу та калейдоскопічного розвитку застосувань, як це сталося з молекулярними ситами цеоліту", Дональд Брек (1974) 1 .
Лише деякі різновиди застосування цеолітів наведені на рис. 1, різноманітність та кількість яких поширюється щороку. Вивчення мінералів є зрілою наукою і основною рушійною силою досліджень такого роду є те, що завдяки розумінню засобів їх утворення, їх кристалічної структури та інших суттєвих властивостей нові матеріали можуть вироблятися обома апріорі та постсинтетичні засоби. З широкого сімейства мінералів саме цеоліти забезпечують високоефективні каталізатори, які широко використовуються в нафтохімічній промисловості та інших галузях, наприклад в каталітичних перетворювачах, щоб пом'якшити місцеве забруднення повітря від транспортних засобів. Каталітично активні центри розташовані у внутрішніх порожнинах мікропористої структури і пов'язані з катіонами, які присутні в достатній концентрації, щоб електростатично врівноважити негативно заряджений алюмосилікатний каркас 1,2. Багато фізико-хімічні властивості цеолітів визначаються природою та концентрацією тих катіонів, які є в елементарній (елементарній) клітині цеоліту.
Принципова схема застосування природного цеоліту в державному господарстві.
Цеоліти - це кристалічні матеріали з високою внутрішньою поверхнею з відкритим тривимірним «стільниковим» каркасом, що складається з чотиригранних одиниць AlO4 5– та SiO4 4–, пов’язаних спільними атомами кисню. Відомо 40 цеолітів, що зустрічаються в природі, і понад 150 версій, які були підготовлені синтетичними методами. Можна візуалізувати структуру цеоліту, припустивши нейтральний каркас SiO2 і, періодично, роблячи ізоморфне заміщення SiO2 - одиниці AlO2 - одиниці. Як наслідок, отримана структура несе чистий негативний заряд на кожному каркасному атомі алюмінію. Відповідно, цей негативний заряд електростатично врівноважується тими катіонами (наприклад, Na +, K +, NH4 +), які знаходяться в порах каркаса. Таким чином, їм надається рухливість, щоб вони були доступні для обміну з іншими катіонами при контакті з їх розчином; справді, основний обсяг використання цеолітів в даний час застосовується в катіонообмінних програмах, наприклад як “будівельники” в пральних порошках, щоб уникнути шкоди екосистемі, спричиненої поліфосфатами, які раніше широко використовувались для цієї мети.
Деякі критичні властивості цеолітів:
розмір пор; щільність каркаса (тобто атомів на одиницю комірки).
Ідеалізована, стехіометрична формула, дана цеолітам, має вигляд: Mx/n [AlxSiyO2 (x + y)] pH2O, де M - (Na, K, Li); (Ca, Mg, Ba, Sr); n - заряд катіона; у/х = 1-6; р/х = 1-4. Формула оксиду цеолітів така: M2/nO · Al2O3 · xSiO2 · yH2O.
Розмір пор відноситься до двовимірного "вікна" в структурі цеоліту і визначається кількістю тетраедричних одиниць, які взаємопов'язані. Ця структура додатково розширюється шляхом з'єднання тетраедричних одиниць, щоб утворити тривимірну матрицю, яка забезпечує серію більш об'ємних внутрішніх порожнин, які з'єднані між собою отворами пор. У деяких цеолітах немає порожнин взагалі, а навпаки, ряд одно-, дво- або тривимірних каналів, які пронизують структуру. Крім того, розроблені різні постсинтетичні модифікації, включаючи гідротермічну обробку, методи нанесення покриттів шляхом вибіркового прийому молекул із вибраними властивостями та за допомогою молекулярної просочення, які служать для подальшого коригування каталітичних та адсорбційних характеристик вибраних цеолітів.