Что атомная энергетика — самая безопасная, знают уже все. Одна из немногих ее экологических проблем заключается в необходимости очищения сбросной воды, загрязненной радиоактивными веществами. «Грязная» вода образуется при работе первых контуров АЭС, при дезактивации оборудования и в радиохимических лабораториях, затем собирается и отправляется на очистные установки для дальнейшего использования в циклах АЭС или сбрасывается в бытовую канализацию после очистки и дозиметрического контроля. Главный вопрос здесь — как можно очистить воду наиболее эффективно и экономично?
Радиоактивную воду на АЭС можно очищать проще, эффективнее, дешевле и экологичнее — считает российский ученый из НИЯУ МИФИ Константин Катин.
Уранил (уран, связанный с кислородом — UO22+) — самое радиоактивно опасное вещество, которое образуется в результате работы атомных станций. Для его удаления потребен высокоэффективный абсорбент, улавливающий ядовитые соединения из воды.
Экологичный и одновременно дешевый способ его получения предложил молодой ученый Константин Катин, доцент кафедры физики конденсированных сред Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ. Новый композитный материал, разработанный Катиным с помощью компьютерного моделирования (и полученный его коллегами из турецкого университета Sivas Cumhuriyet University), улавливает в 1,5 раза больше уранила, чем известные аналоги — благодаря чему значительно сокращается количество степеней очистки. При этом наблюдается два вида адсорбции: спонтанная (с выделением тепла) и эндотермическая (с поглощением тепла). Это означает, что «пойманный» уранил в дальнейшем можно извлечь из адсорбента (например, чтобы уменьшить количество отходов или для повторного использования).
Но дело не только в повышенной эффективности нового композита, и, следовательно, в удешевлении процесса, а еще и в том, что новый адсорбент экологически безопасен, так как состоит только из компонентов природного происхождения — хитозана, вермикулита и лигнина — и для его производства не требуется никаких действий, могущих нанести вред окружающей среде.
Хитозан — это биосовместимый, биоразлагаемый и нетоксичный биополимер, широко используемый для удаления различных красителей и тяжелых металлов. Но его легкая агломерация, растворимость в кислых растворах и низкая прочность требуют образования композита с другими материалами. Вермикулит — слоистый и эластичный глинистый минерал (кстати, его месторождения есть в России), он часто используется в качестве адсорбента благодаря низкой стоимости, а также химической и механической стабильности, но при этом недостаточно сильно взаимодействует с уранилом. Лигнин — еще один природный полимер растительного происхождения, образующийся в качестве отходов в процессе производства бумаги, поэтому его стоимость близка к нулю. Сам по себе он плохо растворяется в воде и не может использоваться в качестве адсорбента, однако он существенно улучшает свойства композита.
Используя одновременно «достоинства» и «недостатки» всех трех компонентов, ученый получил композит с адсорбционной ёмкостью по отношению к уранилу 0,38 моль/кг. Новый композитный материал на сутки поместили в раствор, загрязненный радиоактивным уранилом — за это время ионы уранила успели «осесть» на композит. Результаты работы были опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Journal of Molecular Liquids.
