Инновационные сорбционные фильтрационные композиции для решения вопросов обеспечения безопасности объектов ядерного наследия

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-77-00015

НазваниеИнновационные сорбционные фильтрационные композиции для решения вопросов обеспечения безопасности объектов ядерного наследия

Руководитель Белоусов Петр Евгеньевич, Кандидат геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук , г Москва

Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-116 - Радиогеоэкология, геологическая изоляция ядерных материалов

Ключевые слова природные сорбенты, захоронение радиоактивных отходов, ядерное наследие, адсорбция, фильтрационные композиции, радионуклиды.

Код ГРНТИ38.35.24

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В результате деятельности ядерного топливного цикла в России ежегодно производятся миллионы тонн радиоактивных отходов (РАО) различной активности. На протяжении последних 50 лет, во многих странах (например, США, Франции, Финляндии, Франции, Швеции, Японии, Канаде и т.д.) идут активные разработки новых подходов к проблеме утилизации высокорадиоактивных отходов (ВАО) – захоронение их в глубинных подземных хранилищах, целью которых является их изоляция от контакта с подземными водами, атмосферными осадками и предотвращение их воздействия на человека и окружающую среду на протяжении десятков и сотен тысяч и миллионов лет. Подобные проекты по захоронению РАО в подземных хранилищах разрабатываются и в России, например, проект по созданию ПГЗРО (пункт глубинного захоронения РАО) в Нижнеканском гранитно-гнейсовом массиве (Красноярский край). Одним из основных компонентов инженерного барьера безопасности, гарантирующим противофильтрационные и сорбционные свойства могильника является уплотненная бентонитовая глина, которой заполняют собой пространство между стаканами с остеклованными ВАО и стенками туннеля, а также свободные пространства горных выработок, тоннелей и т.д. При набухании в замкнутом пространстве, бентонит приобретает свойства мощного водонепроницаемого экрана и в тоже время «залечивает» образовавшиеся в туннелях трещины. Однако стоит отметить, что помимо отходов с высокой активностью, которые планируется захоранивать в подземных хранилищах, существует проблема обеспечения безопасности объектов ядерного наследия: изоляция и рекультивация миллионов тонн средне- и низкоактивных отходов, расположенных в приповерхностных хранилищах, вывод из эксплуатации водоемов-хранилищ жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и конструкционно сложных объектов, например, промышленных уран-графитовых реакторов (ПУГРы), технологических зданий лабораторий, заводов и т.п. по типу «захоронение на месте». Проблема многих объектов ядерного наследия - близость гидрографических сетей (речных систем) и необходимость применения не только гидроизоляционных барьеров, но и установки конструкций фильтрационных барьеров для эффективной сорбции радионуклидов. Подобные барьерные материалы могут использоваться как для засыпки загрязненных участков, так и в виде сменных фильтров в системах слива сточных вод. Изучив минерально-сырьевую базу РФ и последние мировые разработки по этой тематике, в рамках данного проекта будут исследованы следующие природные сорбенты, обладающие высокой сорбирующей способностью к радиоактивным элементам: диатомит, цеолит, торф, шунгит, каменный или бурый уголь. Образцы природных сорбентов будут отобраны из наиболее качественных и перспективных месторождений РФ: Инзенское м-е диатомита (Ульяновская обл.), м-я торфа верховых болот (Тверская обл.), м-я шунгита респ. Карелия (Шуньгское, Мягрозерское и др.), Черногорское м-е каменного угля (респ. Хакасия), бурый уголь Канско-Ачинского угольного бассейна (Красноярский край). Для анализа сорбционной способности различных материалов, будут изучены показатели сорбции и десорбции по отношению к отдельным катионам радионуклидов при разных значениях pH и условиях среды, в том числе в присутствии различных конкурирующих катионов. Будут установлены свойства поверхности (значения удельной поверхности и пористости), фильтрационные свойства (коэффициент фильтрации и диффузии) и др. Известные в настоящий момент возможные способы модификации природных сорбентов термическими и химическими методами (обжиг, кислотная активация) приводят к значительному увеличению селективной сорбции и будут использованы в рамках проекта. В ходе эксплуатации природных и модифицированных сорбентов в качестве компонентов инженерных барьеров они могут испытывать потенциальное агрессивное воздействие вод, ассоциированных с РАО. Чтобы проанализировать изменение свойств в подобных случаях, будут проведены экспериментальные работы по воздействию агрессивных сред (растворов, имитирующих состав РАО) на структуру и свойства природных и модифицированных сорбентов и проанализированы с применением прецизионных современных методов. Особенности сорбции и десорбции радионуклидов будут изучены на примере Sr-90, Cs-137, U-233,238, Np-237, неактивных изотопов Sr, Cs, Eu. Учитывая то, что элементный состав РАО каждого объекта ядерного наследия индивидуален и может содержать в себе различный состав радионуклидов, данный проект предполагает создание эффективных композиций, состоящих из одного или нескольких природных, или модифицированных сорбентов, под конкретные задачи и характер объекта ЯН. Рабочие композиции или готовые продукты из них будут протестированы на предмет использования в качестве сорбционных фильтрационных барьеров для повышения безопасности объектов ядерного наследия. Реализация данного проекта позволит получить важные фундаментальные характеристики природных и модифицированных сорбентов и подготовить научную базу для дальнейшего прикладного этапа по разработкам реальных фильтрационных барьерных композиций.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Белоусов П.Е., Милютин В.В., Крупская В.В., Зеленин П.Г. Использование природных сорбентов для очистки радиоактивно-загрязненных растворов Сборник материалов VII Российской молодёжной научно-практической Школы "НОВОЕ В ПОЗНАНИИ ПРОЦЕССОВ РУДООБРАЗОВАНИЯ", стр 61-62 (год публикации - 2018)

2. Белоусов П.Е., Семенкова А.С., Романчук А.Ю., Крупская В.В. Neptunium (V), uranium (VI), cesium (I) and strontium (II) uptake by various natural filtration and non-filtration sorbents Euroclay 2019. Conference Book (год публикации - 2019)

3. Белоусов П.Е., Чупаленков Н.М., Крупская В.В. Минерально-сырьевая база фильтрационных природных сорбентов России. Восьмая научно-практическая школа-конференция молодых ученых и специалистов с международным участием "Геология, поиски и комплексная оценка месторождений твердых полезных ископаемых", Москва, ВИМС, стр 16-17 (год публикации - 2019)

4. Белоусоп П.Е., Семенкова А.С., Егорова Т.Б., Романчук А.Ю., Закусин С.В., Доржиева О.В., Тюпина Е.А., Толпешта И.И., Изосимова Ю.Г., Чернов М.С., Крупская В.В. (не опубликована) CS(I) AND U(VI) UPTAKE BY VARIOUS MINERAL SORBENTS Applied Clay Science (год публикации - 2019)

5. Белоусов П.Е., Чупаленков Н.М., Крупская В.В. Геологическая позиция и условия образования терригенно-диагенетических полезных ископаемых России Материалы IX Всероссийского литологического совещания с международным участием «Литология осадочных комплексов Евразии и шельфовых областей». Казань, стр 42-43 (год публикации - 2019)

6. Белоусов П.Е., Семенкова А.С., Романчук А.Ю., Крупская В.В. Использование органических природных сорбентов для очистки радиоактивно-загрязненных растворов. Материал V Всероссийского совещания «Органическая минералогия». Пущино,, стр. 17-18. (год публикации - 2019)

7. Белоусов П.Е., Семенкова А.С., Егорова Т.Б., Романчук А.Ю., Закусин С.В., Доржиева О.В., Тюпина Е.А., Изосимова Ю.Г., Толпешта И.И., Чернов М.С., Крупская В.В. Cesium Sorption and Desorption on Glauconite, Bentonite, Zeolite, and Diatomite Minerals, 9(10), 625 (год публикации - 2019)
10.3390/min9100625

8. Милютин В.В., Некрасова Н.А., Белоусов П.Е., Крупская В.В. Сорбция радионуклидов 137Cs, 90Sr и 233U на различных природных сорбентах Радиохимия (год публикации - 2020)

9. Кайлачаков П.Э., Дойникова О.А., Белоусов П.Е., Викентьев И.В. Уникальное месторождение рения в угленосных песках карбона русской плиты. Сообщение 2. Минералогия руд Литология и полезные ископаемые, №4, стр 1-34 (год публикации - 2020)
10.31857/S0024497X20040023

10. Белоусов П.Е., Чупаленков Н.М., Рудмин М.А., Крупская В.В. Месторождения глауконитов России: геологическая позиция, условия образования и перспективы развития Георесурсы (год публикации - 2020)

11. Семенкова А.С., Белоусов П.Е., АРжевская А.В., Изосимова Ю.Г., Маслаков К.И., Толпешта И.И., Романчук А.Ю., Крупская В.В. U(VI) sorption onto natural sorbents Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry (год публикации - 2020)

12. Белоусов П., Семенкова А., Изосимова Ю., Толпешта И., Романчук А., Закусин С., Тюпина Е., Крепская В. Sorption of 137Cs and 90Sr on Organic Sorbents Applied Science, 2021, 11, 11531 (год публикации - 2021)
10.3390/app112311531

Публикации