Материалы на основе титаносиликатов очень перспективны для современной химической промышленности из-за их исключительных функциональных свойств, включая сорбционные. Так, например, синтетический аналог минерала ситинакита с коммерческим названием зарубежных компаний IONSIV-911, способен надежно «запирать» в своей кристаллической структуре изотопы цезия, бария и стронция, что делает его одним из самых эффективных избирательных материалов для обезвреживания жидких радиоактивных отходов. Срок безопасного хранения отработанного синтетического материала может составлять более ста тысяч лет после его преобразования в минералоподобную керамику, в состав которой будет входить значительное количество извлекаемых радионуклидов.
Новая методика ускорит синтез аналога ситинакита в тысячу раз / © Getty images
Однако одним из главных препятствий для широкого применения титаносиликатных сорбентов является их высокая стоимость производства в случае частого использования специфических титанорганических прекурсоров для синтеза. Исследователи из Кольского научного центра РАН давно работают над вопросом снижения стоимости таких продуктов благодаря привлечению в синтез нетрадиционного сырья и промежуточных продуктов горно-перерабатывающих производств Мурманской области.
В статье, опубликованной в международном журнале ChemEngineering издательства MDPI, коллектив ученых из Центра наноматериаловедения, Геологического института, Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН, Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН, Института наук о Земле и Института химии Санкт-Петербургского государственного университета приводит данные о новой методике получения титаносиликата со структурой ситинакита, позволяющей в тысячу раз ускорить время синтеза материала и значительно сэкономить затраты на его получение.
Источник титана, использованный для синтеза, доступен и пока что относительно недорог. Это двойная соль сульфата титанила и аммония, которую в настоящее время в Мурманской области получают в лабораторных условиях только в Центре наноматериаловедения КНЦ РАН на основе сфенового концентрата из апатит-нефелиновых руд региона. Вместо наиболее распространенного гидротермального метода исследователи применили обработку компонентов реакционной смеси при помощи микроволнового излучения. Полученный продукт был исследован рентгенофазовым анализом, атомно-эмиссионной спектрометрией с индуктивно связанной плазмой, сканирующей электронной микроскопией. Был проведен анализ площади удельной поверхности образцов, а также исследованы их сорбционные характеристики.
Ученые установили, что микроволновой синтез обеспечивает быструю кристаллизацию фазы аналога ситинакита. Однако размер частиц синтетического материала и качество получившихся кристаллов из-за этого сильно снижается, что приводит и к уменьшению сорбционной емкости образцов по сравнению с аналогами, синтезированными в традиционных гидротермальных условиях.
Предложенный метод бесспорно позволяет получить сорбент в предельно короткие сроки, что может быть важно для оперативной наработки материала в случае срочной необходимости ликвидации техногенных аварий, связанных с загрязнением водных сред. Тем не менее для улучшения показателей кристалличности и сорбционных свойств продукта продолжена исследовательская работа по корректировке разработанной методики наряду с сохранением минимально допустимого временного интервала образования аналога ситинакита.
