Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

Наиболее изученной сорбционно-реагентной системой является аморфный силикат бария, имеющий практическое применение для очистки морской воды от радионуклидов стронция [4-6]. Аморфный силикат бария получается в результате золь-гель перехода, индуцированного введением ионов бария в раствор силиката натрия. Образующиеся высокопористые матрицы содержат большое количество обменных ионов бария, способных образовывать нерастворимые осадки сульфата бария с сульфат-анионами, содержащимися в очищаемых растворах (морской воде). Изменение условий золь-гель перехода и введение в золь модифицирующих добавок позволяет варьировать свойства получаемых матриц. Совокупность реакций, протекающих между раствором, содержащим сульфат-ионы, и аморфным силикатом бария, включает ионный обмен стронция и бария, вводимого при синтезе в селективную матрицу: 8іѲхВа + Sr2+= SiOxSr + Ва2+ (1) образование нерастворимого силиката стронция на поверхности сорбента: SiOr + Sr2++ H 2 O = SiO(y+i)Sr + 2H+ (2) образование слаборастворимого осадка сульфата бария с сульфат-ионом, присутствующим в растворе или специально вводимым в раствор, с обменом на стронций: ^Ю хВа + SO42- + nSrz+ = n SiOxSr + BaSO4 (3) соосаждение стронция и металла с образованием смешаного осадка: kBa2++ mSr2++ (k+m) SO42- = BakSrm(SO4) и протекающий в присутствии сульфата гидролиз силиката бария: (k+m) (4) SiOxBa + 2 H 2 O + SO 4 2- = SiOxH 2 + BaSO 4 + 2OH- (5) Протекание реакции (3) (образование осадка) доказывают результаты рентгенофазового анализа и КР- спектроскопии сорбционно-реагентного материала (ВС-5) на основе силиката бария после сорбции стронция из сульфатсодержащего раствора. На рентгенограммах наблюдаются пики, соответствующие кристаллической фазе сульфата бария, а в КР-спектре - рефлексы, соответствующие сульфату бария. Реакция силиката бария с сульфат-ионами раствора приводит к значительному изменению селективности извлечения стронция из растворов, содержащих ионы кальция за счет протекания реакций [3] и [4]. При этом коэффициент распределения стронция резко возрастает с увеличением концентрации сульфат-ионов выше некоторого критического значения, индивидуального для каждой сорбционно-реагентной системы. Более подробно процесс образования осадков в пористой среде силиката описан в [5]. К недостаткам силиката бария относится низкая гидромеханическая прочность при использовании его в качестве набивки фильтрующих устройств. Решением проблемы низкой гидромеханической прочности является получение композиционного материала, в котором активный компонент (силикат бария) переводится в гранулированную форму с использованием соответствующих связующих материалов [7]. Использование в качестве связующего резорцинформальдегидных смол (РФ-смол), обладающих, при этом селективностью к цезию в щелочных средах, позволяет получить композиционный сорбент для извлечения 137Cs и 90Sr из морской воды. В [8] приведены результаты исследования композитных материалов на основе силикатов бария и резорцинформальдегидных смол, предназначенных для удаления из морской воды радионуклидов цезия и стронция. Данные по сорбции радионуклидов цезия и стронция показаны на рисунке. Выходные кривые сорбции радионуклидов из морской воды: а - I37Cs; б - 90Sr; I, 2 - композитный сорбент, содержащий 15.4 мас. % высокодисперсного силиката бария, скорость пропускания морской воды 15 и 7.5 колоночных объемов в час соответственно; 3 - клиноптилолит Чугуевского месторождения (Приморский край) 45