Труды КНЦ. Технические науки. – 2026. - № 2

Abstract This work is devoted to the development of a method for the preparation of granular sorption materials based on microporous zeolite-like zirconosilicates, using high-calcium fly ash obtained from the combustion of Kansk- Achinsk brown coals as a binding component. Research was conducted to select the optimal ratio of components and the conditions for the curing of "microporous zirconosilicate-ash-water" sorbents, which allow for the production of granular sorbents with sufficient mechanical strength. Two types of zeolite-like zirconium silicates of different structures were used as a sorption-active component for the synthesis of sorbents: gaidonnayite Na2ZrSi3Og2H2O and kostylevite K4Zr2Si6O1s2H2O. The sorbents contained 20 and 30 wt. % of fly ash. The properties of the obtained products were studied using X-ray phase analysis (PXRD), scanning electron microscopy (SEM-EDX), and low- temperature nitrogen adsorption, and their sorption properties for Nd3+were investigated. Keywords: high-calcium fly ash, binder, zirconosilicates, sorbents, radioactive waste, neodymium Acknowledgments The study was conducted using equipment from the Shared Research Facility of Federal Research Center “Krasnoyarsk Science Centre of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences”for SEM-EDS and XRD analysis, as well as from the Siberian Federal University for XRD analysis. The authors are grateful to G. N. Bondarenko for conducting and interpreting the XRD analysis results, L. A. Solovyov for quantitative determination of the phase composition of the fly ash, I. P. Ivanov for measuring porosity and specific surface area using low- temperature nitrogen adsorption, and S. S. Dobrosmyslov for strength testing of the samples. Funding The work was carried out within the framework of the state assignment of the Institute of Chemistry and Chemical Technology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (ICCT SB RAS) “Experimental and theoretical foundations for obtaining new functional and composite materials with predictable properties based on multicomponent systems and microspheres of energy ashes”, project No. FWES-2026-0011. For citation: Production of granulated sorbents based on microporous zirconosilicates and study of their sorption properties with Nd3+/ E. A. Kutikhina [at а!.] // Transactions of the to la Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2026. Vol. 17, No. 2. P. 25-38. doi:10.37614/2949-1215.2026.17.2.004 Введение Сорбция является одним из универсальных методов очистки водных сред различных составов от загрязняющих веществ. Технологии, основанные на этом явлении, успешно применяются для очистки вод от радионуклидов, что позволяет достичь допустимого уровня остаточной радиоактивности. Благодаря своей высокой эффективности в удалении радионуклидов, возможности селективного извлечения и простоте реализации сорбционные процессы представляют собой одно из наиболее перспективных решений в области очистки жидких РАО [1]. В настоящее время значительно возросла потребность в отечественных конкурентоспособных недорогостоящих неорганических сорбентах, способных эффективно очищать различные жидкие особо опасные отходы от тяжелых и радиоактивных металлов. При выборе сорбционного материала необходимо учитывать устойчивость сорбента в водных средах (химическую, механическую, радиационную), а также такие факторы, как простота получения сорбента, доступность и стоимость используемых для синтеза материалов. Актуальность разработки синтетических аналогов природных микропористых цирконосиликатов, обладающих ионообменными свойствами, обусловлена высокой эффективностью сорбционных технологий на основе этих соединений, позволяющих решить проблемы очистки особо опасных отходов радиохимических предприятий [2]. В качестве сорбентов интерес вызывают каркасные цеолитоподобные соединения на основе K4Zr2Si6O18'3H2O и Na2ZrSi3O9'3H2O, являющиеся структурными аналогами природных минералов костылевита и гейдоннеита (рис. 1) [3]. Цирконосиликаты, обладая развитой структурой каналов и полостями, заполненными подвижными ионами и молекулами воды, способны инкапсулировать катионы металлов, размеры которых определяются структурными характеристиками сорбентов. В настоящее время детально изучены сорбционные характеристики многих синтетических аналогов природных цирконосиликатов в отношении катионов щелочных и тяжелых металлов, однако данные по сорбционным характеристикам в отношении ионов редкоземельных элементов довольно ограничены [4].