ИСТИНА

Целью проекта является разработка метода синтеза графен-содержащих высокопористых композитных материалов для эффективной переработки жидких радиоактивных отходов.

One of the most important tasks facing many countries is the development and improvement of methods for separation of radionuclides from aqueous solutions of different composition. This problem is faced by the processing of liquid radioactive waste (LRW) accumulated in huge quantities to date. One of the technological methods for handling aqueous solutions containing radionuclides is sorption, which makes it possible to extract or separate the necessary components of the solution. The aim of this project is to develop a method for the synthesis of graphene-containing highly porous composite materials for effective processing of liquid radioactive waste. Capacitive water deionization - removal of ions from the solution flow by applying small values of external voltage (up to 1.2 V) to electrodes with a large specific surface area appears today to be one of the most promising methods of water purification from cations, including radionuclides, which in the future will compete with the most economical technologies used today, including reverse osmosis technology with recovery of electrical energy. The problem is to obtain accessible materials for electrodes with high porosity, electrical conductivity, hydrophilicity and good mechanical properties, which allow tens of thousands of desorption-desorption cycles of the concentrate. Carbon mesoporous composites are very promising materials for implementing new electrochemical technologies. At present, the unsolved problem of nuclear power engineering is still cleaning of water solutions of iron ore from organic pollutants. The use of liquid extraction at various stages of nuclear fuel processing and separation of various radionuclides leads to partial inflow of organic substances into FDL solution, which makes their further use very difficult. The use of graphene-containing highly porous composites may become a promising solution for the purification of organic substances relevant for nuclear power. The solution of the stated problems implies obtaining carbon materials with both hydrophilic and hydrophobic properties, which can be implemented on one type of universal materials, but with the use of an additional stage - hydrophilization/hydrophobicity.

Будет проведена оптимизация методов синтеза графен-содержащих высокопористых композитных материалов для эффективной переработки жидких радиоактивных отходов. Высокопористые материалы будут синтезированы для целей емкостной деионизации (с гидрофильными свойствами) и для очистки от органических веществ, актуальных для ядерной энергетики (с гидрофобными свойствами). Характеризация полученных образцов с использованием самых современных методов физико-химического анализа. Проведение анализа литературы по методам получения и свойствам композитных графен-содержащих материалов; применению емкостной деионизации для очистки водных растворов от радионуклидов; методам сорбционной очистки водных растворов от органических веществ. Проведение исследования принципиальной возможности электросорбции различных радионуклидов, закономерностей электросорбции катионов с использованием в качестве электродов полученных композитных графен-содержащих материалов. Модернизация ячейки для емкостной деионизации для увеличения эффективности процесса электросорбции. Изучение сорбционных свойств синтезированных материалов на примере различных органических растворителей, подбор материалов с высокими значениями сорбционной емкости по отношению к каждому из заявленных веществ.

Научные работы Калмыкова С.Н. связаны с современными направлениями радиохимии – им впервые была показана доминирующая роль коллоидов в переносе плутония с подземными водами из мест захоронения радиоактивных отходов, определены его физико-химические формы в различных геохимических условиях. Им были разработаны новые методы выделения и разделения радионуклидов из водных растворов с использованием оксида графена, новых органических экстрагентов. С.Н. Калмыковым предложен и реализован новый метод получения изотопов медицинского назначения – 225Ac, 223Ra и пр. для направленной терапии онкологических заболеваний. С.Н. Калмыковым с сотрудниками проводятся исследования физико-химических основ миграционных процессов радионуклидов, определения их физико-химических форм применительно к геологическому захоронению радиоактивных отходов и созданию системы противомиграционных барьеров. Среди основных физико-химических факторов, определяющих закономерности миграционного поведения радионуклидов в окружающей среде – образование малорастворимых соединений, сорбция на вмещающих породах, протекание окислительно-восстановительных реакций, С.Н. Калмыковым показана доминирующая роль коллоидного транспорта для таких традиционно считавшихся малоподвижных катионов, как Pu4+, U4+, Tc4+, Am3+. Впервые с использованием методов микро- и ультрафильтрации, просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и масс-спектрометрии вторичных ионов с нанометровым разрешением для проб, отобранных на загрязненных территориях, показано влияние окислительно-восстановительных условий на образование коллоидных частиц различной природы.

1)Анализ литературы по методам получения и свойствам композитных графен-содержащих материалов. Изучение вопроса применения емкостной деионизации для очистки водных растворов от радионуклидов, изучение актуальных методов сорбционной очистки водных растворов от органических веществ; 2)Изучение селективности электросорбции различных солей и их смесей с использованием графен-содержащих образцов; 3)Отработка методики получения углеродных высокопористых электродов с использованием методов лиофильной сушки, темплатного метода синтеза и технологий быстрого прототипирования - стереолитографии; 4)Характеризация полученных материалов с использованием следующих методов: низкотемпературной сорбции и капиллярной конденсации азота (модели БЕТ, БДХ), рамановской спектроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, растровой электронной микроскопии. Изучение механических свойств, общей пористости, плотности и электропроводности; 5)Проведение испытаний по изучению сорбционной емкости синтезированных материалов на примере различных органических растворителей. Изучение селективности сорбции полученных композитов по отношению к различным веществам; 6)Сравнение эффективности сорбции и электросорбции при использовании синтезированных образцов после проведения стадии гидрофилизации; 7)Изучение селективности электросорбции различных радионуклидов: цезия, стронция и т.д. Исследование закономерностей электросорбции катионов с использованием в качестве электродов полученных композитных графен-содержащих материалов; 8)Сборка и тестирование «батареи», состоящей из двенадцати электродов на реальных растворах. Оценка эффективности данного процесса и необходимости дальнейших модернизаций.