В КНЦ разработали новый способ получения материала, который может применяться для утилизации радиоактивных отходов

Статья The new method for obtaining titanosilicate AM-4 and its decationated form: Crystalchemistry, properties and advanced areas of application – результат совместной работы коллектива исследователей из подразделений, входящих в состав Кольского научного Центра РАН (Центра наноматериаловедения, Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И. В. Тананаева, Геологического института, Института проблем промышленной экологии Севера) и Института наук о Земле Санкт-Петербургского государственного университета.

Первым минералом и отправной точкой в эпохе открытий титаносиликатов в Кольской щелочной провинции стал «новый минерал №3» – будущий мурманит, найденный впервые в Ловозёрском горном массиве естествоиспытателем Вильгельмом Рамзаем еще в 1890 году.

Многие из открытых после мурманита кольских минералов стали прототипами функциональных материалов, которые уже сейчас широко применяются в промышленности (зорит, ситинакит), главным образом за рубежом. Синтетические аналоги как слоистых, так и каркасных титаносиликатов имеют большой потенциал для их применения в качестве ионообменников, газовых сорбентов и катализаторов.

С одной стороны, такие материалы содержат в своем составе достаточно большое количество титана, повышающего стабильность материалов в широком диапазоне агрессивных сред, а с другой – обладают большим разнообразием кристаллических структур. По этой причине в последние десятилетия наблюдается значительный рост исследований методов синтеза их аналогов.

Это позволяет сохранить очень редкие и порой единичные образцы минералов, получить аналогичные природным образцам материалы в количестве, необходимом для подробного исследования его свойств и обеспечить стабильный синтез наиболее интересных для промышленности образцов в укрупненных масштабах.

Ученые Кольского научного центра разработали новый способ гидротермального синтеза слоистого микропористого титаносиликата АМ-4 (Aveiro-Manchester-4), который в настоящее время является единственным синтетическим натриевым аналогом минералов семейства линтисита — группы минералов, для которой характерна модель кристаллической структуры, образованной двумерными титаносиликатными блоками Ti₂ [Si₄O₁₄]^4‒, толщиной около 10 Å, и их объединение в единый каркас посредством «сшивающих» катионов Na, Li, Zn или Mn (в зависимости от минерала).

Новизна предложенного авторами способа получения АМ-4 заключается в возможности его синтеза как на основе чистых химических реагентов (раствора хлорида титана (III)), так и продукта переработки титансодержащей руды (аммоний сульфат оксотитана), а также в многократном проведении ступенчатого охлаждения исходной титаносиликатной смеси с обеспечением стабильного выхода АМ-4 без сопутствующих примесей.

В статье представлено описание того, как из АМ-4 можно получить новый синтетический слоистый титаносиликат, названный авторами SL3, с уникальной топологией кристаллической структуры, состоящей из наноблоков Ti₂Si₄O₁₀(OH)₄. Изучены сорбционные свойства нового соединения и установлены наиболее перспективные области его практического применения.

Так, на примере сорбции катионов кальция показана возможность повторного (при специальных условиях) и многократного использования SL3 в качестве возобновляемого сорбента. Соединение SL3 устойчиво в кислой среде и проявляет тенденцию к поглощению серебра из сульфатных растворов, моделирующих состав медно-никелевого электролита, что может быть полезно в области разработки материалов для доочистки подобных растворов от мешающих микропримесей серебра.

Особенный интерес к подобным материалам в мире возникает в области радиохимии и экологии, поскольку доказано, что многие из них могут применяться в качестве эффективных сорбентов для извлечения радиоактивных элементов из жидких радиоактивных отходов и при ликвидации последствий радиационных аварий. Поэтому в работе авторы показали, как модифицированные серебром АМ-4 и SL3 могут проявить себя в качестве новых термически стабильных функциональных материалов с потенциальным применением для иммобилизации одного из наиболее долгоживущих и опасных для здоровья человека радиоактивных форм йода-129. 

КНЦ РАН

91 статей

Кольский научный центр Российской академии наук (бывший Кольский филиал Академии наук СССР) имени С. М. Кирова, объединение научных учреждений РАН на Кольском полуострове.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram