Kobalt-ionok szorpciójának és diffúziójának vizsgálata nagyaktivitású radioaktívhulladék-tároló potenciális befogadókőzetén
Az agyagásványok lényeges szerepet játszanak a nagyaktivitású hulladéktárolók gátrendszerében, hiszen fő összetevőként vannak jelen az agyagos befogadó kőzetekben, valamint a bentonit tömedékelésben. Jelentős radionuklid megkötő képességüket a Bodai Agyagkő Formáción (BAF) végzett korábbi szorpciós kísérleteink igazolták, hiszen a vizsgált kationok a heterogén kőzetmintákon a legnagyobb mértékben az úgynevezett agyagos mátrixon (illit, kevert rétegű illit-szmektit, nanokristályos hematit) kötődik meg.
Jelen munka célja a természetes gátként szolgáló bodai agyagkő radionuklid-visszatartó képességének értékeléséhez kobalt kationra vonatkozó szorpciós és diffúziós tulajdonságok vizsgálata. Kinetikai vizsgálatokat követően szorpciós izoterma felvételét végeztük porított, és előzetesen kondicionált agyagkőből készült vékonycsiszolat mintákon szintetikus pórusvíz felhasználásával. Ezen izoterma felhasználásával terveztük meg az áttöréses geometriában végzett diffúziós kísérleteket, ezen belül az alkalmazandó kobalt koncentrációt.
A vékony csiszolatokon végzett szorpciós kísérletek után a kobalt eloszlását a szilárd fázisban mikroszkopikus röntgenfluoreszcenciával (μ-XRF) határoztuk meg. A közel azonos kötődési mechanizmus és a kötési helyek valószínű hasonlósága miatt a kobalt és nikkel kationok szorpciós tulajdonságait kompetitív körülmények között is vizsgáltuk. A diffúziós kísérleteket különböző koncentrációkon hajtottuk végre (0,01 – 0,001 M), mivel a kis mennyiségű kobalt meghatározása agyagos közegben méréstechnikai nehézségeket hordoz magával. A kísérletek során a folyadékfázisban mérhető koncentrációkat ICP-OES, TXRF és IC mérésekkel követtük. Az agyagkőben lévő diffúziós profilt μ-XRF mérésekkel vizsgáltuk.
A szorpciós kinetikai mérések alapján az izotermához szükséges méréseket legalább 40-45 napig szükséges végezni. A BAF furatokon végzett szorpciós izoterma nagyon hasonló az irodalomban található egyéb agyagos formációkon végzett kísérletek eredményeihez. A vékonycsiszolatokon végzett μ-XRF méréseket kiértékelve korrelációvizsgálattal megállapítható, hogy a kobalt elsősorban a jellemző agyagásványokkal megegyező kémiai összetételű helyekre kötődik. Beigazolódtak a kobalt és nikkel hasonló szorpciós tulajdonságai, nagyon szép korreláció figyelhető meg mikroszkopikus mérések kiértékelése során. Az áttöréses geometriában végzett diffúziós kísérleteknél erős felületi kötődést tapasztaltunk, majd a kőzetben a kobalt jellegzetes lefutású profilja mérhető. A folyadékfázisok kobalt koncentrációjának mérési adataiból kiszámítottam a kobalt effektív és látszólagos diffúziós együtthatóját, illetve az áttörési időt is meghatároztam.
szerző
-
Szabó Fruzsina
Biomérnöki mesterképzési szak, nappali MSc
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Osán János
Tudományos főmunkatárs, Atomfizika Tanszék -
Dr. Madarász János
egyetemi docens, Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék