Melamin ve stiren bazlı ağyapı kullanılarak sıvı nükleer atıklardan sezyum ve stronsiyumun gideriminin incelenmesi

Abstract

Radyoaktif atık yönetiminde yaklaşık 30 yıl yarılanma ömrüne sahip olan sezyum ve stronsiyumun giderimi son derece önem arz etmektedir. Bu çalışmada, melamin ve stiren bazlı polimerik sorbent sentezlenmiş ve FTIR, XRD, SEM, BET ve TGA ile karakterize edilmiştir. Melamin ve stiren bazlı polimer (MSBP) çözeltilerden Cs+ ve Sr2+ iyonlarının gideriminde adsorban olarak kullanılmıştır. Bu bağlamda, melamin ve stiren bazlı polimer üzerine Cs+ ve Sr2+ adsorpsiyonu davranışları pH, adsorban miktarı, başlangıç Cs+ ve Sr2+ konsantrasyonları, temas süresi, sıcaklık ve partikül boyutunun bir fonksiyonu olarak çalışıldı. Ayrıca, radyoaktif stronsiyum ve sezyumun adsorpsiyon verim yüzdeleri LSC (sıvı sintilasyon sayıcı) ve gama spektroskopisi kullanılarak araştırıldı. Adsorpsiyon verileri Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich (D-R) izoterm modellerine uyarlanmıştır. Melamin bazlı polimer maksimum adsorpsiyon kapasitesine Cs+ için 333 mg.g-1'da, Sr2+ için 142,9 mg.g-1'da ulaşmıştır. MSBP üzerine Cs+ ve Sr2+ adsorpsiyonunda serbest enerji (ΔG), entropi (ΔS) ve entalpi (ΔH) değişimi gibi termodinamik parametreler 293 K, 303 K, 313 K, 323 K ve 333 K'de beş farklı sıcaklıkta incelendi. Stronsiyum için pozitif ΔH0 değerleri endotermik ve sezyum için negatif ΔH0 değerleri egzotermik özellikte adsorpsiyon mekanizması anlamına gelir. Sırasıyla, negatif Gibbs serbest enerji ΔG ve pozitif ΔS değerleri hem Cs+ hem de Sr2+'un MSBP üzerine adsorpsiyonunun kendiliğinden ve tersinmez olarak gerçekleştiğini göstermektedir. Kinetik parametrelerin bir fonksiyonu olarak yalancı birinci ve ikinci derece hız denklemleri araştırıldı. Ve hem Cs+ hem de Sr2+'un MSBP üzerine adsorpsiyonunda yalancı ikinci derece hız denkleminin daha kullanışlı olduğu görüldü.

Removal of strontium and cesium have a vital importance for radioactive waste management because of their long half-life about 30 years. In this work melamine and styrene based polymeric sorbent was synthesized and characterized by FTIR, XRD, SEM, BET and TGA. Melamine styrene based polymer (MSBP) utilized as an adsorbent for removing Cs+ and Sr2+ ions from solution. In this respect, adsorption behaviors of Cs+ and Sr2+ onto melamine styrene based polymer was studied as a function of pH, amount of adsorbent, initial Sr2+ and Cs+ concentration, contact time, temperature and particle size. Also, adsorption rate of radioactive strontium and cesium were investigated by using LSC (liquid scintillation counter) and gamma spectroscopy. The adsorption data were fitted to Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherm models. Melamine based polymer reached maximum adsorption capacity for Cs+ as 333 mg.g-1, for Sr2+ as 142,9 mg.g-1. At five different temperatures of 293 K, 303 K, 313 K, 323 K and 333 K the thermodynamic parameters such as free energy ΔG, entropy ΔS and enthalpy ΔH of Cs+ and Sr2+ adsorption on MSBP were examined. Adsorption mechanism presented endothermic feature for strontium with positive ΔH values and exothermic feature for cesium with negative ΔH values. The negative values of Gibbs free energy ΔG and the positive entropy ΔS revealed that both Cs+ and Sr2+ adsorption on MSBP occurred spontaneously and irreversible, respectively. Pseudo first order and second order rate equation were investigated as a function of kinetic parameters. And it was seen that pseudo second order rate equation was more convenient for adsorption of both Cs+ and Sr2+ onto MSBP.