Reşadiye bentonitinin organik ve inorganik katyonlarla modifikasyonu ve modifiye ürünlerde 75Se radyoizotopunun adsorpsiyonunun incelenmesi

Abstract

Selenyum, eksikliği veya fazlalığı canlılara zarar veren toksik bir element olduğundan, suda ve toprakta bulunan selenyum konsantrasyonu önemlidir; çevreye yayılması çeşitli maden yataklarının işletilmesi, kömür ve diğer fosil yakıtların yanması, nükleer reaktör kazaları, kullanılmış nükleer reaktör yakıt gömülerinden olan sızıntılar gibi süreçlerde olabilir. Dünyada, çok uzun yarı ömrü ve gömü tesislerinden çevreye göç edebilme özelliği nedeniyle dikkate alınan 79Se radyoizotopunun da mevcut olduğu yüksek düzeyli radyoaktif atıkların, çevreye zarar vermeden muhafaza edilmesi konularında araştırmalar yapılmaktadır; bu çalışmalarda uygun kimyasal ve fiziksel özelliklerinden dolayı bentonit türü killer öne çıkmaktadır.Bu çalışmada, Türkiye'de zengin yatakları mevcut killerden Reşadiye sodyum bentonitinin ve Çankırı ara bentonitinin radyoaktif atıkların gömülmesinde tampon malzemesi olarak kullanılmasının uygun olabileceği düşüncesinden yararlanarak araştırmalar yapılmıştır. Bu doğrultuda, ilk kez İTU TRIGA MARK II reaktöründe SeO2 bileşiğinin nötron aktivasyonu ile, 79Se ile benzer kimyasal özelliklere sahip, fakat kısa yarı ömürlü olan 75Se radyoizotopunun deneysel koşullar için uygun aktivitede üretilmesi, gerçekleştirilmiştir. Üretilen radyoaktif SeO2 ile hazırlanan çözeltilerle ilk defa Reşadiye ve Çankırı bentonitinde, kesikli adsorpsiyon yöntemiyle adsorpsiyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bentonitlerin adsorpsiyon verimlerinin yapısal özelliklerinden dolayı çok düşük olması nedeniyle, farklı deneysel koşullarda saflaştırılmış Reşadiye sodyum bentoniti ve farklı organik ve inorganik malzemeler kullanılarak, organo-, inorgano- ve organo-inorgano-bentonit kompozitler üretilmiş ve bu kompozitlerle farklı konsantrasyon, farklı temas süresi, farklı katı/sıvı oranı, farklı pH değeri koşullarında adsorpsiyon deneyleri, gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, 75Se radyoizotopunun yüksek çözünürlüklü gama spektroskopik ölçümlerinden elde edilen radyoaktivite verileri kullanılarak 79Se radyoizotopunun saf ve üretilen malzemelerde adsorpsiyonu ilk defa incelenmiştir. Bu araştırmaların yanı sıra, üretilen malzemelerin özellikleri XRD, FTIR, TGA/DTG ve BET yöntemleriyle incelenmiştir, bu veriler dikkate alınarak selenyumun adsorpsiyonu için uygun modifiye bentonit bileşikleri, adsorpsiyon koşulları ve kapasiteleri belirlenmiştir.Elde edilen veriler değerlendirildiğinde, organik ve inorganik katyonların bir arada veya ayrı ayrı kullanılması üretim ve adsorpsiyon deney koşullarına bağlı olarak 75Se adsorpsiyonunu önemli oranda arttırdığı görülmektedir. Bu nedenle, bu çalışma kapsamında elde edilen bulguların enerji, silah sanayi, tıp, nükleer reaktörler, nükleer araştırmalar, çeşitli maden yataklarının işletilmesi, cam, seramik, boya endüstrisi gibi alanlarda üretilen ve tüketilen malzemelerin oluşturduğu radyoaktif ve radyoaktif olmayan selenyum içeren atıkların neden olduğu kirliliklerin engellenebilmesi konusunda yürütülecek olan bilimsel ve teknolojik çalışmalara katkı sağlayacaktır.

Shortage and excess of selenium concentration in water and soil presents crucial importance for living species due to its necessity and toxicity. Selenium can disperse to the environment from different processes like mining activities, burning of coal and other fossil fuels, nuclear accidents, nuclear waste disposal sites. 79Se radioisotope is one of the components of nuclear wastes and should be taken into consideration due to extremely long half life and potential migration ability trough environment. In the world, many researches are executed to keep nuclear wastes in a way not to damage to environment and human health. In these studies, because of suitable chemical and physical properties, usage of bentonite type clays gains importance.In this study, researches were applied to investigate the usage possibility of Turkish rich bentonite deposits like Reşadiye sodium bentonite and Çankırı bentonite as a buffer material in nuclear waste disposal. In this frame, with irradiation of SeO2 at ITU TRIGA MARK II reactor, 75Se radioisotope, that has similar chemical properties with 79Se but shorter half life and appropriate activity for experiments, were produced by neutron activation for the first time. Investigation of the 75Se adsorption onto Reşadiye and Çankırı bentonites were implemented by using batch adsorption method for the first time. Since selenium adsorption efficiencies of these bentonites were very low due to their structural properties, organo-, inorgano-, and organo-inorgano-bentonite composites were produced by using purified Reşadiye sodium bentonite and different organic and inorganic materials under different experimental conditions and the adsorption experiments were carried out under different experimental conditions such as different solid/liquid ratio, contact time, pH value and concentration. In the study, 75Se radioactivity data obtained from high-resolution gamma spectroscopic measurements were used in the calculations of 79Se adsorption onto pure and modified bentonites. Additionally, characterizations of the produced composites were determined by using XRD, FTIR, TGA/DTG and BET techniques and selenium adsorption performances onto selected modified bentonite composites for optimum experimental conditions were indicated. Evaluation of the data obtained from this study showed that usage of organic and/or inorganic cations increase the adsorption capacity of bentonite significantly, depending on the production and experimental conditions.Therefore, the results of this study will contribute to scientific and technologic works implementing environmental pollution prevention due to radioactive and nonradioactive selenium, which is produced and consumed in a wide area like energy, war industry, medicine, mining activities, nuclear reactors, nuclear researches, glass, ceramics and pigment manufacturing.