Sorption studies of cesium and barium on magnesite using radiotracer and x-ray photoelectron spectroscopy
Sezyum ve baryum ionlarının magnezit minerali üzerine tutulmasının radyokimyasal yöntemle ve x ışını fotoelektron spektroskopisi ile incelenmesi
- Tez No: 58604
- Danışmanlar: PROF. DR. N. ERTEN HASAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Sorpsiyon, Sezyum, Baryum, Magnezit, Baç Tekniği, Radyokimya, X-Işını Elektron Spektroskopisi, Dağılım Oranı, Atom Konsantrasyonu Oranı, izoterm Modelleri, Tutulma Entalpisi, Tutulma Entropisi, Gibbs Serbest Enerjisi. IX, Sorption, Cesium, Barium, Magnesite, Batch Operation, Radiotracer Method, X-ray Photoelectron Spectroscopy, Distribution Ratio, Atomic Concentration Ratio, Isotherm Models, Enthalpy of Sorption, Entropy of Sorption, Gibbs Free Energy
- Yıl: 1997
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
ÖZET SEZYUM VE BARYUM İYONLARININ MAGNEZİT MİNERALİ ÜZERİNE TUTULMASININ RADYOKİMYASAL YÖNTEMLE VE X-ISINI FOTOELEKTRON SPEKTROSKOPİSİ İLE İNCELENMESİ TALAL SHAHWAN Kimya Bölümü Yüksek Lisans Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Hasan N. Erten Haziran 1997 Radyoaktif maddelerin artan üretim ve kullanımı sonucunda oluşan radyoaktif atıklar gün geçtikçe büyüyen bir sorun olarak ortaya çıkmaktadır. Bu atıkların derin jeolojik oluşumlara depolanması için planlar yapılmaktadır. Oluşumlarda bulunan kil mineralleri, radyoaktif izotopların dağılımını sorpsiyon yoluyla azaltmaktadır. Bunun sonucunda, bu izotopların yeraltı suların ulaşmaları ve meydana getirebilecekleri radyoaktif kirlenme önemli ölçüde önlenebilmektedir. vıRadyoaktif maddelerin mineraller üzerine tutulma davranışları çeşitli faktörlerce etkilenmektedir. Bunların arasında temas süresi, yeraltısularının pH'ı ve Eh'ı, iyon konsantrasyonu, ısı, ve mineral taneciklerin büyüklüğü sayılabilir. Bu faktörlerin sorpsiyon davranışları üzerinde olan etkilerini daha önceden birçok araştırmalarca incelenmiştir. Bu çalışmada temas süresi, konsantrasyon ve ısı, sezyum ve baryumun iyonlarının 137 magnezit üzerine sorpsiyonunu nasıl etkelediği araştırılmıştır. Cs (t = 30.1 y) ve 140 Ba (t = 12.8 d) izotopları nükleer fizyon neticesinde yüksek verimle meydana gelen ve radyoaktif atıklar bakımından önemli olan radyoizotoplardır. Magnezit büyük ölçüde magnezyum karbonat az miktarda da kuartz içeren ve değişebilen tek iyonu olan bir mineraldir. Bu çalışmalarda radyokimyasal yöntemle beraber güçlü bir yüzeysel teknik olan x-ışmı fotoelektron spektroskopisi (XPS) de kullanılmıştır. Her iki yöntemden elde edilen sonuçların birbirlerinin tamamlayıcı ve birbirlerine uyum içinde olduğu gözlenmiştir. Sezyum ve baryumun sorpsiyon kinetiği çalışmaları dengeye bir gün kadar bir sürede ulaşıldığı gösterilmiştir. Elde edilen sorpsiyon verilerine değişik izoterm vıımodelleri uygulanmıştır. Sorpsiyon verilerin Freundlich izoterm modeline en iyi uyduğu görülmüştür. Küçük konsantrasyonlarda verilerin ayrıca Dubinm-Radushkevich izoterm modeline de uyduğu gözlenmiştir. Verilerin Langmuir izoterm modeline uymadığı görülmüştür. Değişik sıcaklıklarda elde edilen deneysel verileri kullanarak sorpsiyonda entalpi değişimi, AH°, entropi değişimi, AS° ve Gibbs serbest enerjisi değişimi, AG°, hesaplanmıştır. Sezyum ve baryum iyonlarının AH° ile AS° değerleri -37 kJ/moL, -0.09 kJ/moL.K ve -13 kJ/moL, -0.009 kJ/moL.K olarak bulunmuştur. Her iki katyon için entalpi değişiminin eksi değerlerde olması sorpsiyon olayının ekzotermik olduğunu ve düşük sıcaklıklarda daha fazla katyon tutulduğunu göstermektedir. Diğer yandan, entropi değişiminin de eksi değerlerde olması sorpsiyonun her iki katyon için kararlı olduğunu göstermektedir. Değişik sıcaklıklarda sezyum ve baryum için yapılan AG° hesaplamalarında negatif değerler elde edilmiştir. Bunlar ise, sorpsiyonun kendiliğinden oluştuğunu göstermektedir. Hesaplanan AG° değerlerinin tümü, 8-16 kJ/moL değerleri arasında bulunmaktadır. Bu düzeyedeki enerjiler, sorpsiyonun daha çok iyon değişimi yoluyla meydana geldiğini göstermektedir. vııı
Özet (Çeviri)
ABSTRACT SORPTION STUDIES OF CESIUM AND BARIUM ON MAGNESITE USING RADIOTRACER AND X-RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY TALAL SHAHWAN M.S. in Chemistry Supervisor: Prof. Dr. Hasan N. Erten June 1997 As the consumption of the radioactive materials is continuously increasing, the problem of disposing the resulting wastes safely is becoming more challenging. One way through which these radioactive wastes could be isolated from the biological environment is by disposing them in deep geological formations. Clay minerals are proposed as backfill buffering materials that can delay the migration of the radionuclides and thus decrease the contamination of underground waters. The extent of retardation of the radionuclide migration is dependent on factors like time of contact, pH and Eh of groundwater, concentration, temperature and grain insize of the mineral particles. Up to now, several studies were carried out to examine the effect of such parameters on the sorption behavior of different radionuclides on various kinds of minerals. This study was conducted to investigate the effects of time, concentration and temperature on the sorption behavior of cesium and barium ions on magnesite. Cesium 137 140 and barium have the radioactive isotopes Cs (t = 30.1 y) and Ba (t = 12.8 d) produced in high yields during the fission process which are important in radioactive waste considerations. Magnesite is a mineral composed mainly of magnesium carbonate 2+ together with minor amounts of quartz and has a single exchangeable cation, Mg. The radiotracer method and x-ray photoelectron spectroscopy, which is a powerful surface sensitive tool, were used in this study. The results obtained from both methods complemented each others and were in good agreement. Kinetic studies of the sorption process show that equilibrium was approached within one day of contact for both of cesium and barium ions. The data of the sorption of both cations using different concentrations at various temperatures were most adequately described by the Freundlich type isotherms which correspond to multilayer adsorption on heterogeneous surfaces. The values of the Freundlich constants k and n imply that barium ions have slightly larger adsorption IVaffinity and adsorption intensity than cesium ions. The adsorption data at low concentrations were also observed to obey the Dubinin-Radushkevich type isotherms which describe monolayer adsorption on heterogeneous or homogeneous surfaces. The adsorption data were very poorly described by the Langmuir type isotherms. Thermodynamic parameters such as enthalpy change, AH°, entropy change, AS° and free energy change of adsorption, AG°, were calculated from the sorption data of cesium and barium ions at different temperatures. The values obtained for AH° and AS° were -37 kJ/moL, -0.09 kJ/moL.K and -13 kJ/moL, -0.009 kJ/moL.K for cesium and barium ions respectively. The negative AH° values indicate the exothermic nature of adsorption which means that low temperatures are favored. The decrease in entropy upon adsorption implied by the negative AS° values is indicative of the stability of adsorption for both cations. The values of AG° at different temperatures were all negative indicating the spontaneity of the adsorption process for both cesium and barium ions. The magnitudes of AG0 were seen to be within the 8-16 kJ/moL range which is the energy range of ion- exchange type processes.
Benzer Tezler
- Radiochemical and spectroscopic studies of cesium, barium and cobalt sorption on some natural clays
Sezyum, baryum ve kobalt iyonlarının bazı kil minerallerce tutulmasının radyokimyasal ve spektroskopik yöntemleri ile incelenmesi
TALAL SHAHWAN
Doktora
İngilizce
2000
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN N. ERTEN
- Investigation of the adsorption behavior of cesium, barium and phenol onto modified humic acid and iron nanoparticles
Sezyum, baryum ve fenolün yapısı değiştirilmiş hümik asit ve demir nanoparçacıkların üzerine tutunmasının incelenmesi
OĞUZHAN ÇELEBİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN NİYAZİ ERTEN
- Sorption/desorption studies of cesium and neptunium on some days and soils
Başlık çevirisi yok
E.ŞEBNEM AKSOYOĞLU
- Radyoaktif sezyum ve stronsiyumun polimerik maddeler üzerinde adsorpsiyonu
Adsorption of radioactive cesium and strontium on polymeric materials
KAYHAN KUBAT
Doktora
Türkçe
2018
Kimyaİstanbul ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEN ATUN
PROF. DR. TÜLİN BANU İYİM
- Atık saklama alanlarında sezyumun geçirgen reaktif bariyer (GRB) sistemi ile arıtımının incelenmesi
Investigation of the treatment of cesium in waste storage areas with the permeable reactive barrier (PRB) system
ZEYNEB CAMTAKAN
Doktora
Türkçe
2021
KimyaEge ÜniversitesiNükleer Bilimler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞULE AYTAŞ
PROF. DR. SEVİLAY HACIYAKUPOĞLU