Сорбционные свойства композиций ZrO2-анальцим в отношении Cs(I) и Sr(II)

Abstract

Получены композитные цеолитные сорбенты на основе анальцима с включениями гидратированного диоксида циркония (ZrO2-анальцим) путем гидротермальной обработки ценосфер летучих энергетических зол с высоким содержанием стеклофазы в присутствии соединения циркония и щелочного активирующего агента при 150 °C и различном режиме перемешивания реакционной смеси. Продукты синтеза охарактеризованы методами РФА, РЭМ-ЭДС, СТА и низкотемпературной адсорбции азота, изучены их сорбционные свойства в отношении Cs+ и Sr2+ в интервале рН = 2–10. Установлено, что композиции ZrO2-анальцим превосходят немодифицированный анальцим в 2–5 раз по величине сорбции Cs+ и Sr2+ и на два порядка по величине коэффициента распределения (KD ~106 мл/г). Изучен процесс высокотемпературного твердофазного превращения Cs+/Sr2+-обменных форм композиций, моделирующий процесс перевода водорастворимых форм радионуклидов Cs‑137 и Sr‑90 в минералоподобную форму. Показано, что при 1000 °C композиции ZrO2-анальцим с сорбированными катионами Cs+ и Sr2+ претерпевают фазовое превращение с образованием полифазной системы близкого состава на основе фаз нефелина, тетрагонального ZrO2 и стеклофазы

Composite zeolite sorbents based on analcime with inclusions of hydrated zirconium dioxide (ZrO2-analcime) have been obtained by hydrothermal treatment of coal fly ash cenospheres with a high glass phase content in the presence of a zirconium compound and an alkaline activating agent at 150 °C and different stirring modes of the reaction mixture. The synthesis products were characterized by XRD, SEM-EDS, STA and low-temperature nitrogen adsorption; their sorption properties with respect to Cs+ and Sr2+ were studied in the pH range of 2–10. It was found that the ZrO2-analcime compositions surpass unmodified analcime by 2–5 times in terms of sorption of Cs+ and Sr2+ and by two orders of magnitude in terms of the distribution coefficient value (KD ~106 ml/g). The process of high-temperature solid-phase transformation of Cs+/Sr2+-exchanged forms of the compositions was studied, which simulates the process of conversion of water-soluble forms of Cs‑137 and Sr‑90 radionuclides into a mineral-like form. It was shown that at 1000 °C the ZrO2-analcime compositions with sorbed Cs+ and Sr2+ undergo the phase transformation resulting in polyphase systems of similar composition based on nepheline, tetragonal ZrO2, and glass phase