![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Разработать схему определения форм нахождения радионуклидов и других опасных элементов, связанных с природным органическим веществом
At present, the world science is faced with the task of studying natural ligands for complexation and redox reactions of elements. The relevance of the study related to assessment of radionuclides migration taking into account the complexation. Humic substances are ubiquitous redox-active compounds of natural aquatic and soil systems and react with radionuclides within a wide range of mechanisms, which are not fully revealed. While there is a common gratitude of the necessity to carry out that way research, especially with transuranic radionuclides, there are still many "blank spots" that do not allow drawing adequate conclusions and to carry out the predictive models including such relationships and other physico-chemical interactions. The purpose of this project is to create a methodologically new system for determining the speciation of radionuclides and hazardous elements associated with natural organic matter. The method of fractionation of radionuclides coupling with acid-based separation of humic ligands will take into account the size features of phases as well as chemical interactions with structural components of humics. The idea of the project is detailed studies, which use modern highly sensitive methods of fractionation stability constants of complexes. Achieving this goal justifies the application of an integrated approach to the choice of speciation of elements, verified on the basis of the real environmental samples and model experiments, reliable in given geochemical and environmental issues. Study of the high accuracy of the model for determining radionuclides, taking into account the qualitative and quantitative composition of natural ligands, as well as the development of an approach to simulating the behavior of radionuclides in higher hydrogeodynamic zone.
Исследования позволят уточнить модель миграции радионуклидов с учетом качественного и количественного состава природных лигандов, а также разработать подходы для численного моделирования миграционного поведения радионуклидов в верхней гидрогеодинамической зоне.
Коллективом детально изучены формы нахождения природных и техногенных радионуклидов в природных водах Семипалатинского испытательного полигона (Казахстан) и ряда других объектов, проведены модельные эксперименты по определению влияния геохимических параметров (минерализации воды, рН, ионного состава) на распределение радионуклидов по размерным фракциям, в том числе и коллоидов, а также термодинамические расчеты миграционных форм элементов. Впервые определены различия в миграции тория и урана для водоемов, ручьев и мелких водотоков. Установлено, что отношения Ca/Mg, SO4/Cl, Th/U информативны как маркеры геохимических процессов природных водах. Показано, что размеры и форма ореола рассеяния урана будет определяться наличием геохимических барьеров на пути водных потоков, ограничиваясь при росте минерализации и распространяясь при увеличении концентрации гуминовых веществ в воде. Уран как более сильный мигрант в условиях поверхностных вод преимущественно связан с органическими и органоминеральными комплексами, а также в большей степени подвержен трансформации форм нахождения в случае изменения геохимических условий среды.
Полученные результаты позволят учитывать формы нахождения радионуклидов, связанные с природными комплексообразующими соединениями, и будут вкладом в концепцию долговременной изоляции радиоактивных отходов и усиление национальной безопасности Российской Федерации, могут в полной мере использоваться в радиогеоэкологических задачах.
грант РНФ |
# | Сроки | Название |
1 | 27 января 2023 г.-15 декабря 2023 г. | Фракционирование органических миграционных форм радионуклидов в природных объектах |
Результаты этапа: Установлено, что радиоактивный след от аварии 1993 года на Сибирском химическом комбинате проявился в торфяной залежи Петропавловский Рям в Томской области, с пиковыми значениями трансурановых элементов в слое торфа, датированного по свинцу-210 таким же возрастом. Распределение радионуклидов в органических фракциях торфа неравномерное и закономерно изменяется по глубине закономерно. Доля техногенных радионуклидов, связанных с гуминовыми веществами и лигниноподобными структурами увеличивается с глубиной. Опробован новый метод фракционирования органически связанных форм радионуклидов и потенциально опасных элементов в водных растворов, позволяющий выделить из природных вод элементы, связанные с различными компонентами природного оргнаического вещества: гидрофобными (гуминовые вещества), гидрофильными (аминокислоты, низкомолекулярные органические кислоты, пептиды и др.) и нейтральными (углеводы, сахара). Высокая доля урана, редкоземельных и рудных элементов обратимо связана с органическим веществом и при изменении геохимических условий может переходить в раствор в ионные формы. | ||
2 | 11 января 2024 г.-15 декабря 2024 г. | Фракционирование органических миграционных форм радионуклидов в природных объектах |
Результаты этапа: В проекте изучено связывание радионуклидов и ряда других экологически значимых и потенциально опасных элементов с природными органическими лигандами в природных средах: воде, торфе, почве и угле. Установлено, что концентрация урана, равно как и концентрация растворенного органического вещества не влияют на распределение форм нахождения при выделении разных по заряду и гидрофобности фракций. Наиболее вероятная форма нахождения урана в околонейтральных растворах кроме органических комплексов – это растворенные тройные уранилкарбонатные комплексы с отрицательным зарядом, либо сорбированные на поверхности минеральных коллоидов уранилкарбонаты с внутрисферной координацией с двумя или тремя карбонат-ионами. Схема выделения органических форм металлов была предложена для определения органических форм нахождения вольфрама в богатых этим элементом углях. Установлено, что форма нахождения вольфрама будет определяться природой рудообразующих флюидов и зависеть от комплекса различных механизмов. По результатам работ с углями месторождения Спецугли показано, что основная масса вольфрама (88-76%) сконцентрирована в высокомолекулярных гумусовых кислотах. Выделение свободных гумусовых кислот в виде твердого осадка путем подкисления щелочного экстракта избытком соляной кислоты сопровождается разрушением W-гуматных комплексов и переводом части металла в раствор. Проведен расчет миграционных водорастворимых органических форм тяжелых металлов для почв Якутии в районе алмазодобычи. Никель и цинк будут максимально подвижными элементами. Кадмий будет в большей степени подвижен в палево-карбонатных и криоземах. Наиболее прочно связанным с природными органическими веществами во всех типах почв является медь. Часть цинка и никеля в торфяных болотных почвах слабо связана с органическим веществом. При изменении геохимической обстановки могут переходить как в форму свободных ионов, так и более прочно связываться с гуминовыми веществами. Исследованиями подтверждено наличие техногенных радионуклидов в районе максимального проявления следа радиоактивных выпадений после аварии на Сибирском Химическом комбинате 1993 г. по данным опробования деятельного слоя верхового торфа, показана их способность к разрушению в кислой среде обводненного торфа и вертикальной миграции. Подробно изучен состав органического вещества торфа и его трансформация при изменении рН и способности к связыванию для группы лантаноидов, а также тория и урана. Установлено, что соотношение ФК/ГК в торфе закономерно снижается с глубиной, что свидетельствует о протекании процессов разложения растительных остатков и завершении процессов формирования торфа. Детально изучены оптические и флуоресцентные характеристика гуминовой части торфа. Связь металлов с карбоксильными группами наиболее подвержено трансформации при изменении геохимических условий среды. Определены и описаны флуорофоры гуминовой части торфа и исследованы с помощью измерений матриц возбуждения-излучения в тандеме с хемометрикой PARAFAC. На основе экспериментальных исследований сделан вывод, что нептуний-237 плохо связывается как с гуминовыми, так и с фульвокислотами. Сравнивая значения интенсивности флуоресценции для ФК и ГК препарата фульвокислот более резкое тушение наблюдается в случае связывания уранил-ионов с ФК. Установлено преобладание связывания тория-232 и урана-238 с фульвокислотами по данным флуоресцентной спектроскопии по сравнению с гуминовыми кислотами. С использованием подхода Штерна-Вольмера, были рассчитаны константы равновесия (стабильности) комплексов урана-238 и тория-232 с гуминовыми и фульвокислотами из полученных экспериментальных данных. Комплекс проведенных работ показал, что органические формы нахождения радионуклидов, тяжелых металлов и рудных элементов, даже если не являются доминирующими формами, могут мигрировать в окружающей среде и осложнять экологическую обстановку. Разработанный метод фракционирования органических форм нахождения позволяет достоверно оценить долю элементов, связываемых с гидрофобными гуминоподобными веществами (гуминовыми и фульвокислотами). Анализ полученных данных позволяет утверждать об исключительной важности учета природных органических веществ и при термодинамическом моделировании форм нахождения элементов. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".