Porovnanie sorpcie dominantných špécií selénu na syntetický goethit

Authors: Michaela Matulová 1    Marek Bujdoš 1   
1 Univerzita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta, Ústav laboratórneho výskumu geomateriálov, Bratislava, Slovensko   
Year: 2020
Section: Ecology and Environmental Sciences
Abstract No.: 1936
ISBN: 978-80-972360-6-9

79Se je dlhožijúci štiepny produkt uránu. Patrí medzi frakciu okamžitého uvoľnenia (IRF - Instant Release Fraction), ktorá v prípade ak je kanister vyhoreného jadrového paliva poškodený a nastáva prienik vody, sa táto frakcia dostane rapídne rýchlo do životného prostredia a potenciálne k obyvateľstvu [1]. 79Se má nejednotne určenú dobu polpremeny a jeho dominantné oxidačné stavy sa vyznačujú veľkou mobilitou v životnom prostredí, čím predstavuje riziko kontaminácie [2]. Z tohto dôvodu je dôležité poznať vplyv pôdnych komponentov na dominantné špécie selénu pri migrácii cez umelo vytvorené a prírodné bariéry hlbinného geologického úložiska vyhoreného jadrového paliva. Najmä v prípade vysokoaktívneho odpadu môže byť selén inkorporovaný na oxohydroxidy železa, keďže interakcia by mohla prebiehať nie len s tuhými fázami geologického prostredia, ale aj s oxohydroxidmi železa, ktoré vznikajú pri korózii alebo defekte kontajneru [3]. Jedným z koróznych produktov je aj goethit, ktorý patrí medzi oxohydroxidy železa, ktoré sú v životnom prostredí veľmi rozšírené a majú veľký vplyv na migráciu mnohých nuklidov anionického charakteru [4].

V našej práci sme sa venovali porovnaniu sorpcie dominantných špécií selénu, prostredníctvom kinetiky sorpcie aplikáciou modelov pseudo-prvého a pseudo-druhého poriadku a sorpčných izoteriem aplikáciou modelov Langmuirovej a Freundlichovej izotermy. Naše výsledky poukazujú na to, že mobilita selénu v životnom prostredí by mala byť významne ovplyvnená prítomnosťou oxohydroxidov železa v pôde, sedimentoch a vodných útvaroch. Ďalej naše výsledky naznačujú relatívne rýchly priebeh sorpcie s ustálením rovnováhy do približne 30 minút pre seleničitan a 10 minút pre selénan. Kinetiku sorpcie pre seleničitan lepšie opisuje rovnica pseudo-druhého poriadku (chemisorpcia) a pre selénan model pseudo-prvého poriadku (fyzikálna sorpcia). Sorpcia seleničitanu vykazuje lepší fit s Langmuirovou izotermou, čo naznačuje vznik monovrstvy na povrchu goethitu, zatiaľ čo sorpcia selénanu vykazuje lepší fit s Freundlichovou izotermou, čo naznačuje vznik viacerých vrstiev na povrchu goethitu. Zistili sme, že seleničitan sa sorbuje vo väčšej miere ako selénan. Maximálna sorpčná kapacita sorpcie seleničitanu na goethit mala hodnotu 89,1 µmol.g-1, zatiaľ čo pre selénan bola hodnota maximálnej sorpčnej kapacity 47,7 µmol.g-1.

Goethit vykazuje výnimočné sorpčné vlastnosti a jeho relatívne vysoká afinita k seleničitanu a selénanu potvrdzuje možnosť jeho využitia ako vhodnú súčasť kompozitných sorbentov alebo geochemických bariér.

Táto práca bola podporená grantmi VEGA 1/0164/17, UK/224/2020 a UK/226/2020.
[1] Poinssot C., Cavedon J.M., Cowper M., et al. (2004) The sixth international conference on the management and disposal of radioactive waste - Euradwaste '04, Luxemburg, p. 173.
[2] Lofredo N., Mouner S. J., Thiry Y. (2011) Environ. Radioact. 102, p. 843..
[3] Rovira M., Giménez J. (2008) J. Hazard. Mater. 150(2), p. 279.
[4] Schwertmann U., Cornell R. M. (2003) The Iron Oxides. Wiley, Weinheim, p. 69.