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

84 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