Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Centrum SOLARIS

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Lista publikacji naukowych

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Usuwanie uranu i toru z roztworów wodnych

Usuwanie uranu i toru z roztworów wodnych

Linię badawczą ASTRA odwiedzała grupa naukowców z Lublina: dr hab. Agnieszka Gładysz-Płaska i prof. dr hab. Marek Majdan z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej oraz dr Ewelina Grabias-Blicharz i student Bartosz Płaska z Uniwersytetu Medycznego w celu przeprowadzenia bardzo ciekawych badań związanych z usuwaniem uranu i toru z roztworów wodnych na funkcjonalizowanych materiałach krzemionkowych. Eksperymenty dotyczyły próbek krzemionki i zeolitu X obsadzonych jonami fosforu a także nieradioaktywnymi formami uranu bądź toru (CH3COO)2UO2·2H2O oraz Th(NO3)4·6H2O zakupione w Polsce w ChMES SA. Pomiary prowadzone były przy współpracy i ogromnym zaangażowaniu dr Alexeya Maximenko, który wspierał ich swoją fachową wiedzą i radą.

Badania miały na celu określenie stopnia utlenienia dla uranu, fosforu i toru w stosowanych układach oraz ich strukturę geometryczną. Otrzymane wyniki są niezwykle ważne dla zrozumienia wpływu fosforu na wiązanie uranu i toru, co jest niezbędne do kontrolowania mobilności tych pierwiastków w środowisku, z uwagi na ich toksyczność. Zagadnienie to nabiera obecnie co raz większego znaczenia praktycznego, ponieważ zarówno uran jak i tor mogą być stosowane jako paliwo w elektrowniach jądrowych. W obecnej sytuacji odchodzenia od produkcji energii elektrycznej pochodzącej ze spalania węgla, realna staje się perspektywa budowy elektrowni jądrowej w Polsce, a także generacja odpadów zawierających uran i tor.
Usuwanie U(VI) z odpadów promieniotwórczych i wód gruntowych w pobliżu kopalń uranu stanowi poważny problem ze względu na związaną z tym radioaktywność i toksyczność. Ponieważ pierwiastek jest trujący dla ludzi i środowiska, długotrwałe narażenie lub spożycie związków U(VI) może spowodować nieodwracalne uszkodzenie kości oraz funkcji nerek lub wątroby. Tor, podobnie jak uran, może być stosowany jako paliwo w reaktorach jądrowych. Ponadto jest także potencjalnym kandydatem na paliwo jądrowe przyszłości, lepszym od powszechnie stosowanego uranu. Badania nad sorpcją i odzyskiem jonów U(VI) i Th(IV) są kluczowe nie tylko ze względu na ich znaczenie w przemyśle nuklearnym, ale także dla ochrony zdrowia ludzi i środowiska. Dodatkowym ważnym aspektem jest wykorzystanie wody morskiej jako rezerwuaru uranu, gdyż zawiera ona około 4,5 miliarda ton tego pierwiastka. Ekstrakcja bardzo rozcieńczonego uranu (3,3 ppb) jest zadaniem trudnym i nadal poszukuje się materiałów adsorpcyjnych o wysokiej selektywności i zdolności absorpcyjnej. Obecnie najpopularniejszą metodą usuwania aktynowców ze środowiska wodnego jest adsorpcja, głównie ze względu na niski koszt oczyszczania. Jako sorbenty aktynowców najczęściej stosuje się tlenki metali, węgiel aktywny, nanorurki i glinokrzemiany. Krzemionka i glinokrzemiany (zeolity) są jedną z podstawowych grup adsorbentów. Są to materiały nieorganiczne, krystaliczne i porowate o dobrze określonej strukturze. Wiadomo, że jony fosforanowe poprawiają sorpcję i ekstrakcję U(VI) oraz Th(IV), dlatego naukowcy w swoich badaniach skupili się na wpływie modyfikacji krzemionki i glinokrzemianów ligandami zawierającymi jony fosforu na różnych stopniach utlenienia: P(-1); P(+3); P(+5). Mechanizmy wiązania i unieruchomienia U i Th mają fundamentalne znaczenie dla zrozumienia zarówno zdolności stabilizującej, jak i potencjału migracji lub opracowania strategii naprawczych. Biorąc pod uwagę współczesne globalne problemy związane z zapotrzebowaniem na energię, badania nad sorpcją i odzyskiem U i Th są niezwykle istotne i ważne. Pomiary XANES są doskonałym narzędziem do analizy, ponieważ umożliwiają głębszy wgląd w próbkę. Zatem zrozumienie modyfikacji materiałów kompozytowych poprzez proces sorpcji P i U(VI) lub Th(IV) wymaga spektroskopii XANES do badania lokalnej struktury kompleksów w fazie stałej. Na podstawie dotychczasowych badań i pomiarów naukowcy nie byli w stanie uzyskać dokładnych informacji pozwalających zrozumieć zdolność uranu do  adsorpcji oraz jego potencjału migracji i opracowania strategii odzyskiwania. 
Pomiary wykonane na linii badawczej ASTRA, pozwoliły na zarejestrowanie widm XANES uranu oraz toru zmierzonych na krawędzi absorpcji M4 i M5, natomiast widma fosforu na krawędzi K. Naukowcy oczekują, że widma XANES dostarczą informacji o stanie chemicznym i lokalnym środowisku atomów U, Th i P w krzemionce i wykorzystanym zeolicie X. Ponadto uzyskany wynik potwierdzi obecność kompleksów aktynowo-fosforowych oraz strukturę tych kompleksów w badanych adsorbentach. Dodatkowo ważnym aspektem przeprowadzonych pomiarów jest fakt, że dotychczas brak jest dostępnych danych XANES dla toru. Tym samym badania grupy naukowców z Lublina są w pewnym sensie pionierskie.

Użytkownicy szczególne podziękowania kierują do dr Alexeya Maximenko (opiekuna linii badawczej ASTRA) dzięki któremu pomiary mogły zostać przeprowadzone.

 

 

Rys. 1. Schemat wykorzystania modyfikowanych sorbentów krzemionkowych do pozyskiwania jonów uranu i toru jako źródło paliwa jądrowego.

 

Rys. 1. Schemat wykorzystania modyfikowanych sorbentów krzemionkowych do pozyskiwania jonów uranu i toru jako źródło paliwa jądrowego.

 

Rys. 2. Widma XANES dla krawędzi M5 uranu i toru próbek referencyjnych i badanych sorbentów zmierzone na linii ASTRA.

 

Rys. 2. Widma XANES dla krawędzi M5 uranu i toru próbek referencyjnych i badanych sorbentów zmierzone na linii ASTRA.

 

Autor: Agnieszka Gładysz-Płaska

Autor grafik: Grzegorz Gazdowicz

Polecamy również
Ceremonia otwarcia nowej linii badawczej POLYX

Ceremonia otwarcia nowej linii badawczej POLYX

Crosscarpatian Synchrotron School (CSS2024) – otwarty nabór

Crosscarpatian Synchrotron School (CSS2024) – otwarty nabór

Międzynarodowe Sympozjum SYLINDA w Centrum SOLARIS poświęcone technice XAS

Międzynarodowe Sympozjum SYLINDA w Centrum SOLARIS poświęcone technice XAS

Pierwsze spotkanie partnerów projektu NEPHEWS

Pierwsze spotkanie partnerów projektu NEPHEWS