РАДИОХИМИЯ, 2023, том 65, № 4, с. 329-336

УДК 621.039.73

СОРБЦИЯ ЦЕЗИЯ ИЗ СИЛЬНОЩЕЛОЧНЫХ

РАСТВОРОВ НА МОДИФИЦИРОВАННОМ

ФЕРРОЦИАНИДНОМ СОРБЕНТЕ «ФЕРСАЛ»

^а Институт физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН,

119071, Москва, Ленинский пр., д. 31, корп. 4

^б ПО «Маяк», 456780, Озёрск Челябинской области, пр. Ленина, д. 31

*e-mail: vmilyutin@mail.ru

Поступила в редакцию 11.04.2023, после доработки 20.05.2023, принята к публикации 26.05.2023

В статических условиях изучена сорбция цезия из растворов нитратов натрия и калия, гидроксида на-

трия, а также из модельного раствора, имитирующего щелочные высокоактивные отходы (ВАО) ПО

«Маяк», на различных резорцинформальдегидных сорбентах (РФС), сорбенте на основе борсодержа-

щего полимера марки Клевасол и сорбенте марки Ферсал на основе модифицированного ферроцианида

никеля. Показано, что во всех изученных средах наилучшими сорбционно-селективными характери-

стиками по отношению к цезию обладает сорбент Ферсал. При сорбции цезия из модельного раство-

ра ВАО в динамических условиях объем пропущенного раствора до наступления 1%-го проскока для

сорбента Ферсал составляет 127 колоночных объемов (к.о.). Ресурс очистки остальных изученных со-

рбентов в 3-4 раза меньше. Десорбция цезия с сорбента Ферсал может быть осуществлена при пропу-

скании 9-10 к.о. 7.5 моль/дм³ HNO₃, однако при этом происходит разрушение гранул сорбента, что не

позволяет использовать его повторно. Сделан вывод о том, что для очистки щелочных ВАО ПО «Маяк»

наиболее перспективным является сорбент Ферсал.

Ключевые слова: ферроцианидный сорбент Ферсал, резорцинформальдегидные иониты, сорбент

Клевасол, радионуклиды цезия, извлечение, радиоактивные отходы.

DOI: 10.31857/S0033831123040044, EDN: IKTXYE

ВВЕДЕНИЕ

При переработке высокоактивных щелочных

ЖРО указанного состава главной задачей являлось

Одной из наиболее сложных задач, возникаю-

удаление основного дозообразующего компонен-

щих при переработке жидких радиоактивных от-

та - радионуклида ¹³⁷Сs. Извлечение цезия-137 на

ходов (ЖРО), является извлечение радионуклидов

начальной стадии переработки позволит значитель-

из сильнощелочных высокосолевых сред. К такого

но снизить радиационную нагрузку на оборудова-

рода отходам относятся, в частности, высокоактив-

ние и персонал, а также позволит перевести отходы

в категорию среднеактивных и после цементирова-

ные ЖРО, образованные в результате применения

осадительных технологий переработки ОЯТ про-

ния сделает возможным их упрощенное захороне-

ние на поверхности.

мышленных реакторов. В настоящее время отходы

в количестве более 14.5 тыс. м³ хранятся в емкостях

Для извлечения радионуклидов цезия из щелоч-

на ПО «Маяк». ЖРО представляют собой гетеро-

ных растворов широко используются экстракцион-

генные системы, состоящие из осветленной части и

ные и сорбционные методы.

суспензии осадка, в которых жидкая фаза представ-

При экстракционной переработке щелочных

лена преимущественно гидроксидом, алюминатом,

ВАО в качестве перспективных экстрагентов для

нитритом и нитратом натрия. Активность жидкой

цезия были испытаны алкилкаликс[n]арены с раз-

фазы на 99% определяется наличием радионуклида

личными заместителями в бензольном кольце [2-4].

¹³⁷Сs [1].

Результаты испытаний на модельных и реальных

329

330

МИЛЮТИН и др.

растворах подтвердили принципиальную возмож-

лия [10]. Основным недостатком ферроцианидных

ность использования экстрагента на основе п-изо-

сорбентов является резкое снижение сорбционных

нонилкаликс[6]арена для переработки щелочных

характеристик при сорбции цезия из щелочных

ВАО ПО «Маяк» [5].

сред с рН более 11, что связано с химическим рас-

К недостаткам экстракционного способа отно-

творением ферроцианидной составляющей [11, 12].

сятся недостаточно высокая селективность к цезию

В настоящее время в Институте физической хи-

в присутствии макроколичества ионов натрия и ка-

мии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН

лия, относительно низкая химическая и радиацион-

(ИФХЭ РАН) совместно с ООО «Комфинсервис»

ная стойкость экстрагентов, а также их ограничен-

синтезирован новый неорганический сорбент на

ная коммерческая доступность.

основе модифицированного ферроцианида никеля

При использовании сорбционных методов извле-

марки Ферсал, обладающий высокой селективно-

чения цезия из щелочных сред в качестве сорбентов

стью к ионам цезия и устойчивый в сильнощелоч-

наиболее часто используют органические иониты

ных средах. Предварительные испытания показали,

на основе резорцинформальдегидных смол. Так, ре-

что сорбент Ферсал обладает высокими сорбцион-

зорцинформальдегидная смола марки SuperLig-644

но-селективными характеристиками по отношению

была успешно использована для очистки высоко-

к цезию в растворах с концентрацией гидроксида

минерализованных ЖРО предприятия в Саванна

натрия до 100 г/дм³.

Ривер, США [6]. В статье [7] изучена сорбция цезия

Настоящая статья посвящена изучению сорбции

из модельных растворов, имитирующих осветлен-

цезия из сильнощелочных растворов на сорбенте

ную фазу емкостей-хранилищ ВАО ПО «Маяк», на

марки Ферсал в статических и динамических усло-

различных резорцинформальдегидных сорбентах

виях.

российского производства. В данных работах было

показано, что резорцинформальдегидные иониты

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

обладают высокими сорбционными характеристи-

ками по отношению к цезию. Органические сор-

Характеристики использованных сорбентов

бенты могут быть использованы в режиме повто-

ряющихся циклов сорбция-десорбция, десорбцию

При проведении работы использовали опыт-

цезия проводят раствором азотной кислоты с кон-

ную партию сорбента Ферсал, синтезированную

центрацией 0.5-1.0 моль/дм³. К недостаткам орга-

в ИФХЭ РАН. Сорбент представляет собой грану-

нических ионитов относятся их относительно низ-

лированный композиционный сорбент на основе

кая радиационная и химическая устойчивость.

ферроцианида никеля, подвергнутого химической

Неорганические сорбенты по сравнению с ор-

и термической модификации. Для получения гра-

ганическими ионитами обладают более высокой

нулированного образца в качестве связующего ис-

химической и радиационно-химической устойчи-

пользовали золь кремниевой кислоты. Содержание

востью. Для извлечения цезия из щелочных ВАО

ферроцианидной составляющей в сорбенте 40-

использовали кристаллические силикаты титана

45 мас%.

[8] и неорганический сорбент на основе борсодер-

Для получения сравнительных характеристик

жащего полимера марки Клевасол (Clevasol) [9].

сорбента Ферсал в работе также использовали сле-

Проведенные испытания показали, что неорганиче-

дующие сорбенты:

ские сорбенты могут быть использованы для непо-

средственного извлечения цезия, а также имеют вы-

- Axionit RCs - органический ионит на осно-

сокую химическую, термическую и радиационную

ве непористой резорцинформальдегидной смолы.

стойкость.

Опытный образец синтезирован и предоставлен для

испытаний ЗАО «Аксион-РДМ»;

Широко известно, что сорбенты на основе фер-

роцианидов переходных металлов обладают высо-

- РФС-И - органический ионит на основе непори-

кой селективностью по отношению к ионам цезия в

стой резорцинформальдегидной смолы. Опытный

присутствии значительных количеств посторонних

лабораторный образец синтезирован и предостав-

макрокомпонентов, в частности, ионов натрия и ка-

лен для испытаний ИХ ДВО РАН, Владивосток;

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

СОРБЦИЯ ЦЕЗИЯ ИЗ СИЛЬНОЩЕЛОЧНЫХ Р

АСТВОРОВ

331

Таблица 1. Физико-химические характеристики использованных сорбентов

Значение показателя для сорбента

Показатель

Клевасол

Ферсал

Axionit RCs

РФС-И

РФС-Са

Внешний вид

Гранулы

Сферические

Гранулы

неправильной

гранулы черного

неправильной

формы серого

формы зеленого

цвета

формы черного

цвета

Размер гранул, мм

0.25-1.0

0.25-3.0

0.25-0.80

0.25-1.0

Насыпной вес, г/см³

0.52

0.53

0.82

0.68

0.61

Удельный объем

1.92

1.87

3.29

2.08

2.73

набухшего сорбента,

см³/г

- РФС-Са - органический ионит на основе пори-

– растворы NaNO₃с концентрацией 0.5, 1.0, 2.0

стой резорцинформальдегидной смолы. Опытный

и 3.0 моль/дм³, рН 13, корректировка рН раствором

лабораторный образец синтезирован и предостав-

NaOH;

лен для испытаний ИХ ДВО РАН, Владивосток;

- растворы KNO₃с концентрацией 0.1, 0.25, 0.5

- Клевасол (Clevasol) - неорганический сорбент

и 1.0 моль/дм³, рН 13, корректировка рН раствором

на основе борсодержащего полимера производ-

NaOH;

ства компании LEMER PAX Innovative, Франция.

- растворы NaOH + NaNO₃с постоянной суммой

Образец для испытаний предоставлен официаль-

концентраций NaOH и NaNO₃ 3.5 моль/дм³, содер-

ным дистрибьютором данного сорбента в России

жащие 0.1, 0.25, 0.50, 1.0, 1.5 и 2.0 моль/дм³ NaOH

ООО «Комфинсервис».

и 3.4, 3.25, 3.0, 2.5, 2.0 и 1.5 моль/дм³ NaNO₃ соот-

ветственно;

Подготовка сорбентов к испытаниям

- модельный раствор, имитирующий осветлен-

ную фазу емкостей-хранилищ ВАО ПО «Маяк» со-

Резорцинформальдегидные смолы (РФС) Axionit

става, г/дм³: NaOH 100, NaNO₃ 128, Al(NO₃)₃∙9H₂O

RCs, РФС-И и РФС-Са перед началом испытаний

82.5 (6.0 по Al), K₂CrO₄ 7.72, CsNO₃ 0.0733 (0.050

переводили в рабочую натриевую форму путем по-

по Cs); плотность 1.190 г/см³.

следовательной обработки в статических условиях

Модельные растворы готовили путем растворе-

раствором HNO₃ с концентрацией 1 моль/дм³, водой

ния соответствующих реагентов квалификации не

и раствором NaOH с концентрацией 1.0 моль/дм³.

ниже ч.д.а. в дистиллированной воде.

Затем сорбенты промывали дистиллированной во-

дой и сушили на воздухе при температуре 60°С до

Перед началом сорбционных экспериментов в

постоянной массы.

модельные растворы вносили метку ¹³⁷Cs в коли-

честве около 10⁵ Бк/дм³ и выдерживали в течение

Сорбенты Клевасол и Ферсал перед началом испы-

не менее 3 сут для достижения равновесия между

таний рассеивали на сите с получением фракции

активными и неактивными компонентами раствора.

0.25-0.50 мм и высушивали на воздухе при темпе-

ратуре 60°С до постоянной массы. Удельный объем

набухших сорбентов определяли после выдержки

Методика статических экспериментов

навески сорбента в дистилированной воде в течение

12 ч. Основные физико-химические характеристи-

Сорбцию в статических условиях проводили по

ки использованных сорбентов приведены в табл. 1.

следующей методике: навеску воздушно-сухого со-

рбента массой 0.10 ± 0.01 г, взвешенную с точностью

Состав и приготовление модельных растворов

0.0001 г, помещали в пластиковую полиэтиленовую

емкость (виал), приливали 20 см³ раствора и за-

Испытания по сорбции ¹³⁷Cs проводили с ис-

крывали завинчивающейся крышкой. Полученную

пользованием модельных растворов следующего

смесь непрерывно перемешивали в течение 24 ч в

состава:

планетарном шейкере. После окончания процесса

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

332

МИЛЮТИН и др.

сорбции твердую фазу отделяли от раствора путем

тром 8.5 мм. Высота слоя сорбента в колонке 53 мм,

фильтрования через бумажный фильтр «белая лен-

соотношение высоты к диаметру колонки h/d = 6.2.

та» и определяли в фильтрате удельную активность

При сорбции через сорбент при помощи пери-

¹³⁷Cs.

стальтического насоса марки Longerpump BQ-50J

По результатам анализов рассчитывали значения

(КНР) пропускали модельный раствор ВАО со ско-

коэффициента распределения (K_d, см³/г) ¹³⁷Cs по

ростью 10.0 ± 0.5 см³/ч (3.3 ± 0.1 колоночных объе-

формуле:

мов (к.о.) в час). Фильтраты после колонки собира-

ли по фракциям и определяли в них удельную ак-

(1)

тивность ¹³⁷Cs. По результатам анализа фильтратов

строили выходные кривые сорбции в координатах

коэффициент очистки (K_оч) - объем пропущенного

где А₀, А_р - соответственно удельная активность

раствора (V_р) и рассчитывали значения объемной

¹³⁷Cs в исходном растворе и в фильтрате после сорб-

динамической емкости (ДЕ_v, мг/см³) сорбента до

ции, Бк/см³; V_р - объем жидкой фазы, см³; m_с - мас-

достижения определенного проскока по цезию в

са сорбента, г.

фильтрат по формуле:

При сорбции цезия из модельного раствора ВАО,

содержащего стабильный цезий, кроме значений K_d

ДЕ_v = Σ[(С₀ - С_i)V_i]/V_c,

(3)

рассчитывали значения статической емкости (СЕ,

мг/г) сорбента по цезию по формуле:

где С₀, С_i - концентрация цезия в исходном раство-

- объем

ре и в i-ой фракции фильтрата, мг/см³; V_р

СЕ = [(С₀ - С_р)V_p]/m_с,

(2)

i-ой фракции фильтрата, см³; V_с - объем сорбента в

колонке, см³.

где С₀, С_р - концентрация цезия в исходном рас-

творе и в фильтрате после сорбции, соответствен-

Для пересчета объемной динамической емко-

но, мг/см³; V_р - объем жидкой фазы, см³; m_с - мас-

сти (ДЕ_v) в массовую динамическую емкость (ДЕ_m,

са сорбента, г.

мг/г) сорбента использовали формулу

Удельную активность ¹³⁷Cs в растворах опреде-

ДЕ_m = ДЕ_vV_уд,

(4)

ляли прямым радиометрическим методом по гам-

ма-линии 661 кэВ с использованием спектрометри-

где V_уд - удельный объем, см³/г.

ческого комплекса СКС-50М («Грин стар технолод-

Значение K_оч вычисляли по формуле

жиз», Россия). Геометрия измерительного образца -

чашка Петри, объем пробы 20 ± 2 см³, время изме-

K_оч = А₀/А_ф,

(5)

рения 300 с, относительная погрешность измерения

где А₀, А_ф - соответственно удельная активность

активности - не более 15%. При проведении ста-

¹³⁷Cs в исходном растворе и в фильтрате после сор-

тических экспериментов проводили не менее двух

бции, Бк/дм³.

параллельных экспериментов. Относительное рас-

хождение рассчитанных сорбционных параметров

После окончания сорбции цезия из модельно-

не превышало 10%. В таблицах приведены средние

го раствора ВАО сорбент в колонке промывали

значения соответствующих величин.

дистиллированной водой со скоростью 6-9 см³/ч

(2-3 к.о./ч) в течение 3-4 ч, объем промывки - не

Методика динамических экспериментов

менее 30 см³ (10 к.о.). Затем пропускали десорби-

рующий раствор со скоростью 2.5-3.0 см³/ч (0.8-

Эксперименты в динамических условиях про-

1.0 к.о./ч). Элюаты после колонки собирали по

водили по следующей методике: отмеряли мерным

фракциям и определяли в них удельную активность

цилиндром 3.0 см³ предварительно подготовлен-

¹³⁷Cs. По результатам анализа фильтратов строили

ного и выдержанного под слоем воды в течение не

выходные кривые десорбции в координатах кон-

менее 12 ч сорбента. Затем сорбент в виде водной

центрация цезия (С), мг/см³-V_р, к.о. По окончании

суспензии количественно переносили в пластико-

десорбции рассчитывали степень десорбции (S, %)

вую сорбционную колонку с внутренним диаме-

по формуле

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

СОРБЦИЯ ЦЕЗИЯ ИЗ СИЛЬНОЩЕЛОЧНЫХ Р

АСТВОРОВ

333

Таблица 2. Значения коэффициентов распределения (K_d) ¹³⁷Cs, коэффициентов очистки (K_оч) и статической емкости

по цезию (СЕ) для различных сорбентов при сорбции из модельного раствора ВАО

Сорбент

Клевасол

Ферсал

Axionit RCs

РФС-И

РФС-Са

K_d ¹³⁷Cs, см³/г

167

1900

344

370

337

K_оч

1.84

10.95

2.80

2.85

2.69

СЕ, мг/г

4.55

9.09

6.24

6.49

6.28

S = (m_дес/m_c)× 100%,

(6)

Представленные результаты показывают, что

в растворах NaNO₃ наибольшие значения K_d ¹³⁷Cs

где m_дес - количество десорбированного цезия, мг;

имеют сорбенты Ферсал, РФС-И и РФС-Са. В при-

m_c - количество сорбированного цезия, мг.

сутствии ионов калия максимальную селективность

В качестве десорбирующих растворов использо-

проявляет сорбент Ферсал. В сильнощелочных рас-

вали раствор HNO₃ с концентрацией 1.0 моль/дм³

творах наилучшие сорбционные характеристики

для РФС и 7.5 моль/дм³ для сорбентов Ферсал и

имеют сорбенты Ферсал, РФС-И и РФС-Са.

Клевасол.

В табл. 2 приведены значения коэффициентов

После окончания десорбции, сорбент в колонке

распределения (K_d) ¹³⁷Cs, коэффициентов очистки

промывали дистиллированной водой со скоростью

(K_оч) и статической емкости по цезию (СЕ) для раз-

6-9 см³/ч (2-3 к.о./ч) в течение 3-4 ч, объем про-

личных сорбентов при сорбции из модельного рас-

мывки не менее 30 см³ (10 к.о.).

твора ВАО.

Для повторного использования сорбента его ре-

Изученные сорбенты по сорбционным характе-

генерировали путем перевода в исходную рабочую

ристикам в модельном растворе ВАО располагают-

форму. РФС сорбенты переводили в Na-форму пу-

ся в следующем ряду: Ферсал ˃˃ РФС-И ~ Axionit

тем пропускания через колонку раствора NaOH с

RCs ~ РФС-Са ˃ Клевасол.

концентрацией 1.0 моль/дм³ со скоростью 3-4 см³/ч

(1-1.3 к.о./ч) в течение 8-10 ч, объем регенерирую-

Для определения влияния концентрации макро-

щего раствора не менее 30 см³ (10 к.о.).

компонентов модельного раствора ВАО на сорбцию

Сорбент Ферсал переводили в K-форму пу-

цезия были проведены эксперименты с использова-

тем пропускания через колонку раствора состава,

нием разбавленного водой в 2 и 3 раза модельного

моль/дм³: NaNO₂ 0.3, CH₃COOK 0.6, рН 8.5-9.0

раствора (растворы МР/2 и МР/3 соответственно).

со скоростью 3-4 см³/ч (1.0-1.3 к.о./ч) в течение

Полученные результаты приведены в табл. 3.

8-10 ч, объем регенерирующего раствора не менее

30 см³ (10 к.о.).

1×10⁵

Сорбент Клевасол после окончания десорбции

использовали в следующем цикле сорбции без до-

полнительной регенерации.

1×10⁴

После окончания регенерации сорбенты промы-

вали дистиллированной водой и использовали для

сорбции цезия в следующем цикле.

1×10³

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Сорбция ¹³⁷Cs в статических условиях

1×10²

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

NaNO₃, ɦɨɥɶ ɞɦ3

Зависимости коэффициентов распределения

(K_d) ¹³⁷Cs на различных сорбентах от концентрации

Рис. 1. Зависимость коэффициента распределения (K_d)

NaNO₃, KNO₃ и NaOH приведены на рис. 1-3 соот-

¹³⁷Cs от концентрации NaNO₃на сорбентах: 1 - Клевасол,

2 - Ферсал, 3 - Axionit RCs, 4 - РФС-И, 5 - РФС-Са.

ветственно.

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

334

МИЛЮТИН и др.

1×10⁵

1×10⁴

1×10³

1×10²

1×10

1×10²

0.0

0.5

1.0

1.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

KNO₃, ɦɨɥɶ ɞɦ3

NaɈɇ, ɦɨɥɶ ɞɦ³

Рис. 2. Зависимость коэффициента распределения (K_d)

Рис. 3. Зависимость коэффициента распределения (K_d)

¹³⁷Cs от концентрации KNO₃ на сорбентах: 1 - Клевасол,

¹³⁷Cs от концентрации NaOH на сорбентах: 1 - Клевасол,

2 - Ферсал, 3 - Axionit RCs, 4 - РФС-И, 5 - РФС-Са.

Представленные результаты показывают, что

Представленные на рис. 4 результаты показы-

при разбавлении раствора наблюдается непропор-

вают, что наиболее эффективно динамическая со-

ционально бóльшее увеличение K_d ¹³⁷Cs. Особенно

рбция ¹³⁷Cs протекает на сорбенте Ферсал. Объем

этот эффект проявляется для сорбента Ферсал: так,

пропущенного раствора до наступления

1%-го

при разбавлении модельного раствора в 2 раза зна-

проскока (K_оч = 100) составляет 127 к.о, при этом

чение K_d ¹³⁷Cs для этого сорбента увеличивается

максимальное значение K_оч достигает 3000. На со-

в 5.8 раз, а при разбавлении в 3 раза - в 13.7 раз.

рбентах Axionit RCs, РФС-И и РФС-Са ресурс сор-

Наблюдаемый эффект может быть связан с замед-

ленной диффузией ионов цезия в концентрирован-

бента до достижения K_оч = 100 в 2.5-3 раза ниже, а

ных растворах электролитов. Полученные резуль-

на сорбенте Клевасол - в 7 раз ниже по сравнению

таты показывают, что наиболее целесообразно про-

с Ферсалом.

водить сорбцию цезия из разбавленных в 2-3 раза

В табл. 4 приведены значения массовой и объем-

модельных растворов.

ной динамической емкости сорбентов при достиже-

нии 50%-ного проскока по цезию.

Сорбция ¹³⁷Cs в динамических условиях

На рис. 4 приведены выходные кривые сорбции

100000

¹³⁷Cs на различных сорбентах из модельного рас-

10000

твора ВАО.

1000

Таблица 3. Значения коэффициентов распределения

(K_d) ¹³⁷Cs при сорбции из исходного, разбавленного в 2

100

и 3 раза модельного раствора ВАО (МР, МР/2 и МР/3 со-

ответственно)

K_d ¹³⁷Cs, см³/г, в растворе

Тип сорбента

МР

МР/2

МР/3

100

140

180

220

Клевасол

167

414

811

V_p ɤ ɨ

Ферсал

1900

11000

26000

Рис. 4. Выходные кривые сорбции ¹³⁷Cs из модельного

РФС-И

370

2450

2960

раствора ВАО на сорбентах: 1 - Ферсал, 2 - РФС-И, 3 -

РФС-Са

337

1270

1880

Axionit RCs, 4 - РФС-Са, 5 - Клевасол.

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

СОРБЦИЯ ЦЕЗИЯ ИЗ СИЛЬНОЩЕЛОЧНЫХ Р

АСТВОРОВ

335

Таблица 4. Значения массовой (ДЕ_m) и объемной (ДЕ_v) динамической емкости сорбентов по цезию при достижении

50%-ного проскока по цезию

Параметр

Ферсал

РФС-и

РФС-Са

Клевасол

Axionit RCs

ДЕ_m, мг/г

21.1

15.6

10.1

5.8

14.1

ДЕ_v, мг/см³

11.3

7.5

3.7

2.1

3.9

Полученные результаты показывают, что сор-

сокоактивных отходов (ВАО) ПО «Маяк», обладает

бент Ферсал обладает наибольшей емкостью по це-

сорбент Ферсал.

зию по сравнению со всеми остальными изученны-

Результаты опытов по сорбции цезия из модель-

ми сорбентами.

ного раствора ВАО в динамических условиях пока-

Для десорбции поглощенного ¹³⁷Cs с сорбентов

зали, что наиболее эффективно сорбция ¹³⁷Cs про-

РФС-И, Axionit RCs и РФС-Са использовали рас-

текает на сорбенте Ферсал. Объем пропущенного

твор 1.0 моль/дм³ HNO₃, а с сорбентов Ферсал и

раствора до наступления 1%-ного проскока (K_оч =

Клевасол - 7.5 моль/дм³HNO₃.

100) составляет 127 к.о, при этом максимальное

Полученные результаты показали, что основная

значение K_оч достигает 3000. На РФС сорбентах ре-

сурс сорбента до достижения K_оч = 100 в 2.5-3 раза,

часть цезия с РФС вымывается при пропускании

3-4 к.о., а с сорбентов Ферсал и Clevasol - 9-10 к.о.

а на сорбенте Клевасол - в 7 раз ниже по сравнению

с Ферсалом.

десорбирующего раствора. Степень десорбции

¹³⁷Cs с сорбентов РФС-И, Axionit RCs и РФС-Са со-

Практически полная десорбция цезия (более

ставила 95-97%, а с сорбентов Ферсал и Clevasol -

95%) с РФС достигается при пропускании 3-4 к.о.

85-90%.

1.0 моль/дм³HNO₃. У сорбентов Ферсал и Clevasol

степень десорбции цезия составляет 85-90 % и до-

После окончания десорбции было обнаружено,

что гранулы сорбентов Ферсал и Клевасол потеря-

стигается при пропускании 9-10 к.о. 7.5 моль/дм³

HNO₃. После проведения десорбции цезия гранулы

ли свою механическую прочность, что не позволи-

ло использовать их повторно. Гранулы сорбентов

сорбентов Ферсал и Клевасол снижают свою меха-

ническую прочность, что исключает их повторное

РФС-И и РФС-Са после десорбции остались в пер-

воначальном виде и были использованы для по-

использование. Гранулы сорбентов РФС-И и РФС-

Са не теряют своей механической прочности, что

вторной сорбции цезия.

позволяет использовать их в многоцикличном ре-

Поведенные в аналогичных условиях 2-й и 3-й

жиме сорбция-десорбция.

циклы сорбции цезия на РФС сорбентах показали,

что сорбционные характеристики сорбентов прак-

На основании полученных результатов показа-

но, что для очистки щелочных ВАО ПО «Маяк» в

тически не изменяются на протяжении трех после-

довательных циклов сорбции-десорбции.

режиме однократного использования наиболее пер-

спективным является сорбент Ферсал.

ВЫВОДЫ

ФОНДОВАЯ ПОДДЕРЖКА

Проведенные в статических условиях экспери-

Работа выполнена при частичном финансирова-

менты с использованием различных резорцинфор-

нии Министерства науки и высшего образования

мальдегидных сорбентов (РФС), сорбента марки

Российской Федерации.

Клевасол на основе борсодержащего полимера и

сорбента Ферсал на основе модифицированного

Исследования проведены в рамках договора

ферроцианида никеля показали, что наилучшими

№ Н.4д.241.20.22.1057 от 04.04.2022 на выполне-

сорбционного-селективными характеристиками по

ние государственного контракта «Разработка и обо-

отношению к цезию в присутствии ионов натрия и

снование вариантов переработки высокоактивных

калия, в щелочных растворах с концентрацией ги-

отходов сложного химического состава, включая

дроксида натрия до 2 моль/дм³, а также в модель-

опытно-конструкторские работы и опытно-про-

ном растворе, имитирующем осветленную фазу вы-

мышленные испытания оборудования»

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

336

МИЛЮТИН и др.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Duignan M.R., Nash C.A. // Sep. Sci. Technol. 2010.

Vol. 45, N 12-13. P. 1828.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта ин-

Милютин В.В., Зеленин П.Г., Козлов П.В.,

тересов.

Ремизов М.Б., Кондруцкий Д.А. // Радиохимия. 2019.

Т. 61, № 6. С. 507.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Wilmarth W.R., Lumetta G.J., Johnson M.E., Poirier M.R.,

Thompson M.C., Suggs P.C., Machara N.P. // Solvent

Козлов П.В., Ремизов М.Б., Макаровский Р.А.,

Extr. Ion Exch. 2011. Vol. 29, N 1. P. 1.

Дементьева И.И., Н.А.Лупеха. // Радиоактивные от-

ходы. 2018. № 4 (5). С. 55.

Слюнчев О.М., Истомина Н.М., Старовойтов Н.П.,

Smirnov I.V., Karavan M.D., Logunov M.V., Tana-

Мальцев А.А., Дудкин В.А., Бобров П.A., Реми-

naev I.G., Myasoedov B.F. // Radiochemistry.

2018.

зова В.А. // Вопр. радиац. безопасности. 2020. № 3.

Vol. 60. P. 470.

C. 7.

Smirnov I.V., Stepanova E.S., Tyupina M.Yu.,

10. Милютин В.В., Гелис В.М. // ЖПХ. 1997. Т. 70, №. 12.

Ivenskaya N.M., Zaripov S.R., Kleshnina S.R.,

С. 1967.

Solovieva S.E., Antipin I.S. // Radiochemistry.

2016.

11. Милютин В.В., Михеев С.В., Гелис В.М.,

Vol. 58, N 4. P. 381.

Кононенко О.А. // Радиохимия. 2009. Т. 51, № 3.

Bonnesen P.V., Delmau L.H., Moyer B.A., Lumetta G.J. //

С. 258.

Solvent Extr. Ion Exch. 2003. Vol. 21, N 2. P. 141.

Ivenskaya N.M., Stepanova E.S., Logunov M.V.,

12. Милютин В.B., Михеев С.В., Гелис В.М., Козли-

Smirnov I.V. // Radiochemistry. 2018. Vol. 60. P. 378.

тин Е.А. // Радиохимия. 2009. Т. 51, № 3. С. 261.

Sorption of Cesium from Strongly Alkaline Solutions on a

Modified Ferrocyanide Sorbent «Fersal»

V. V. Milyutin^a,*, N. A. Nekrasova^a, P. V. Kozlov^b, D. V. Markova^b

^a Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences,

Moscow, 119071 Russia

^bMayak Production Assosiation, Ozersk, Chelyabinsk oblast, 456780 Russia

*e-mail: vmilyutin@mail.ru

Received April 11, 2023; revised May 20, 2023; accepted May 26, 2023

The sorption of cesium from solutions of sodium and potassium nitrates, sodium hydroxide, and also from

a model solution simulating alkaline high-level waste (HLW) of FSUE PO «Mayak» on various resorcinol-

formaldehyde sorbents (RFS), on sorbent based on a boron-containing polymer of the Clevasol brand and

on sorbent of the Fersal brand based on modified nickel ferrocyanide was studied under batch conditions. It

is shown that in all the media studied, the Fersal sorbent has the best sorption-selective characteristics with

respect to cesium.

During the sorption of cesium from a model solution of HLW under dynamic conditions, the volume of the

passed solution to 1% breakthrough for the Fersal sorbent is 127 bed volumes (b.v.). The purification resource

of the other studied sorbents is 3-4 times less. Desorption of cesium from the Fersal sorbent can be carried

out by passing 9-10 b.v. 7.5 mol/dm³ HNO₃, however, in this case, the sorbent granules are destroyed, which

does not allow it to be reused. It is concluded that the Fersal sorbent is the most promising for the treatment of

alkaline HLW.

Keywords: Fersal ferrocyanide sorbent, resorcinol-formaldehyde ion exchangers, Clevasol sorbent, cesium

radionuclides, sorption, radioactive waste.

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023