Hubové biomasy pre zakoncentrovanie rádionuklidov

Authors: Sabína Petercová 1    Silvia Dulanská 1    Ľubomír Mátel 1   
1 Univerzita Komenského, Prírodovedecká fakulta, Katedra jadrovej chémie, Ilkovičova 6, 841 04 Bratislava, Slovenská republika   
Year: 2017
Section: Ecology and Environmental Sciences
Abstract No.: 1665
ISBN: 978-80-972360-1-4

Cieľom práce bolo testovať ľahko dostupný biosorbent, pre zakoncentrovanie viacerých rádionuklidov vo vodných roztokoch. Huba – Práchnovec kopytovitý odobratá z lesa na západnom Slovensku, bola použitá na prípravu modifikovaného biosorbentu.  Huba bola vysušená pri teplote 60 °C a následne bol pomletá na elektrickom mlynčeku. Chemická modifikácia sa uskutočnila pomocou zmesi síranu meďnatého a chloridu železitého v pomere 1:1. Po uplynutí doby kontaktu pri izbovej teplote, bol do zmesi pridaný hexakyanoželeznatan draselný. Zmes bola opäť v kontakte po dobu dvoch dní. Výsledný produkt bol lyofylizovaný. Takto pripravený modifikovaný biosorbent bol následne použitý na charakterizáciu sorpčných vlastností pre separáciu 137Cs.

Zmeraný merný povrch pripraveného modifikovaného sorbentu (39 m2∙g-1) bol stanovený na Slovenskej akadémii vied v Bratislave klasickou argónovou metódou. Obsah prvkov v  biosorbente bol stanovený metódou atómovej absorpčnej spektrometrie a obsahoval 1,73 % draslíka, 2,98 % medi, 4,67 % železa.

Prvá sa sledovala časová závislosť adsorpcie 137Cs na modifikovanom sorbente z drevokaznej huby. Časová závislosť bola sledovaná v dynamických podmienkach.  Na experiment sa odobralo do centrifugačnej skúmavky 0,05 g modifikovaného biosorbentu, pridalo sa 10 ml destilovanej vody a 200 µl rádionuklidu 137Cs. Po uplynutí doby kontaktu s biosorbentom sa odobral roztok na gamaspektrometrické meranie. Zistilo sa, že k sorpcii 137Cs dochádza pomerne rýchlo už v prvých minútach kontaktu.

V ďalšej časti práce sa sledoval vplyv hodnoty pH (1-10) na sorpciu 137Cs. Hodnota pH prostredia bolo upravené pomocou HCl a NaOH. Na testovanie sa použilo 0,5 g biosorbentu, ktorý sa vložil do chromatografickej kolóny a kondicioval sa po dobu 24 hodín v deionizovanej vode. Modelová vzorka obsahovala 20 ml roztoku s danou hodnotou pH  a 200 µl roztoku 137Cs (A = 15 Bq). Pretečená frakcia sa zachytila do scintilačnej vialky a merala na meracom zariadení s HPGe detektorom. Sorbent bol premytý s deionizovanou vodou a premývacia frakcia bola tiež meraná na meracom zariadení s HPGe detektore. Zistila sa až 100 % sorpcia cézia v celej testovanej oblasti hodnôt pH.

Ďalej sa testoval vplyv stabilného nosiča Cs+. Modelové vzorky obsahovali nosič Cs+ s koncentráciou od (5 - 70) mg. Na testovanie bolo použitý 1 g biosorbentu. Zistilo sa, že % sorpcie klesá až pri hodnote 50 mg Cs+ na 1 g biosorbentu.

V práci bol sledovaný  aj vplyv iónovej sily na sorpciu 137Cs. Ako modelový roztok sa pripravil roztok s koncentráciou (1 - 5) mol·dm-3 NaNO3. % sorpcie bolo 100 % u všetkých testovaných roztokov.

V ďalšej časti práce sa testovala možnosť elúcie 137Cs z modifikovaného biosorbentu. Ako elučné činidlá boli testované kyseliny HNO3, HCl s koncentráciou v rozsahu (3 - 10) mol·dm-3 a zmesi 5 mol·dm-3 HNO3/1 mol·dm-3 NaNO3,  5 mol·dm-3 HCl/1 mol·dm-3 NaNO3, 5 mol·dm-3 HNO3/ 5 mol·dm-3 NaNO3 a 5 mol·dm-3 NH4NO3/ 5 mol·dm-3 HNO3. Ako najhodnejšie elučné činidlá pre desorpciu cézia boli vybrané  HNO3 a HCl bez prídavku soli, s koncentráciou vyššou ako 7 mol·dm-3, avšak pri HCl došlo k deštrukcii sorbentu na rozdiel od HNO3

Na modelových roztokoch bol sledovaný aj vplyv  konkurenčných iónov Na+ a K+ na sorpciu 137Cs. Zistilo sa, že jednomocné katióny nemajú vplyv na % sorpcie cézia. V prípade iónov K+, výťažky sorpcie neklesli v celej testovanej oblasti (0,1 - 20) g K+ pod 100 %, v prípade iónov Na+ prišlo k zníženiu % sorpcie cézia až pri použití 7 g Na+.

Ako ďalšie konkurenčné ióny sa testovali tiež dvojmocné katióny Ca2+ v rozsahu (0,1 – 3) g a Mg2+ v rozsahu (0,2 – 20) g. V oboch prípadoch  výťažky sorpcie 137Cs na biosorbente neklesli pod 100 %.  

Práca bola realizovaná vďaka Grantu UK/223/2017 - Zakoncentrovanie 137Cs v povrchových a podpovrchových vodách pomocou modifikovaného biosorbentu.